Keltisches Wackelholz

Kennen Sie diese schiffchenförmigen Hölzer, die sich einfach nicht nach links drehen wollen ? Sie beginnen sofort zu wackeln wenn man sie nach links dreht, bremsen ab und drehen sich dann wieder nach rechts. Haben Sie eine Erklärung für dieses seltsame Verhalten ? Sind hier höhere Kräfte im Spiel, die einen Großteil von uns zu Rechtshändern werden lassen ?

Viele Namen für das gleiche Ding
Für diese asymmetrischen Drehkörper gibt es viele Namen.
Kelt: Die Kurzform von Keltisches Wackelholz.
Archenholz: Diese Bezeichnung spielt auf das schiffchenförmige Aussehen an.
Wackelstein: Diese Bezeichnung kommt daher, weil es auch mit Steinen funktioniert.
Hinkelstein: Das soll auf die Form des Steins anspielen, den der Obelix immer mit sich herumschleppt.

Experimente mit dem Holz
Die Beobachtungen an so einem Holz sind sehr interessant und führen uns einen Schritt weiter in Richtung der Lösung dieses Paradoxons. Die folgenden Experimente sollten auf einer glatten Oberfläche mit wenig Reibung durchgeführt werden. Bei extrem glatten Oberflächen und zu geringer Reibung können die Effekte wieder schwächer werden, bzw. ganz fehlen.

Drehung in Vorzugsrichtung:
Dabei ist nichts außergewöhnliches festzustellen. Das Holz läuft ganz normal aus und bleibt dann stehen, ohne danach noch irgendeine Bewegung auszuführen.

Drehung entgegen der Vorzugsrichtung:
Hier passiert das was man nach dem vorherigem Versuch überhaupt nicht erwarten würde. Bereits nach wenigen Umdrehungen in der "falschen" Richtung beginnt das Holz entlang seiner Längsachse zu wackeln. Dieses Wackeln wir zusehends stärker, während sich die Rotation immer weiter verlangsamt. Schließlich hört die Rotation ganz auf, das Wackeln jedoch nicht und jetzt passiert es: Das Holz beginnt sich wieder in seine Vorzugsrichtung zu drehen. Das Wackeln wird schwächer und das Holz läuft nach wenigen Umdrehungen in seiner Vorzugsrichtung aus !

MPEG-Video 855kB Das Video zeigt, die Drehung gegen die Vorzugsrichtung von einem Wackelstein. Er ist aus Blei gegossen und mit Zinn überzogen. Es ist eindrucksvoll zu erkennen, wie sofort die Drehung gebremst und in eine Wackelbewegung umgesetzt wird, bis sich der Stein schließlich in die entgegengesetzte Richtung dreht.

Sehr schnelles Drehen entgegen der Vorzugsrichtung
Dabei dreht sich das Holz zunächst ganz normal ohne zu wackeln. Erst wenn die Drehzahl etwas abgesunken ist beginnt es zu wackeln und verhält sich jetzt wie beim vorherigen Versuch.

Kippen an der Längsachse:
Drückt man das Holz an einem Ende zu Boden und lässt es dann los, so schaukelt bzw. wackelt es zunächst entlang der Längsachse hin und her und beginnt sich schließlich in seine Vorzugsrichtung zu drehen. Das Wackeln hört im Lauf der Zeit auf, und das Holz läuft in seiner Vorzugsrichtung aus. Das entspricht der 2. Hälfte des Verhaltens bei Drehung entgegen der Vorzugsrichtung nur in verstärkter Form.

MPEG-Video 571kB Das Video zeigt, wie sich der Wackelstein sofort nach dem Loslassen in seine Vorzugsrichtung zu drehen beginnt. Der Stein kippt nach dem Loslassen auch etwas in der Querachse, doch das kommt nicht etwa von einem leichten Anstoß, sondern von der Form an der Unterseite, die bei einem gegossenen Stein nicht ideal sein kann.

Kippen an der Querachse:
Zieht man das Holz zur Seite und lässt es entlang seiner Querachse schaukeln, so beginnt es sich entgegen seiner Vorzugsrichtung zu drehen. Aufgrund der geringeren Schwungmasse in der Querrichtung aber weniger ausgeprägt als beim vorherigen Versuch.

Die Wackelsteine
Es wird behauptet, dass keltische Priester ähnlich geformte Steine zur Entscheidungsfindung benutzten. Das zeigt uns, dass die notwendige Form nicht zwangsweise künstlich erzeugt werden muss.

Das kann jeder selbst ausprobieren, indem er sich mit einer glatten Unterlage wie z.B. einem Jausenbrett an den nächsten Schottergruben-Badeteich begibt. Dort liegen Unmengen von Kieselsteinen herum, von denen einige ebenfalls ein schiffchenförmige Aussehen haben. Hat man so einen Stein gefunden, so testet man seine Drehsymmetrie auf dem Brettchen. Es ist verblüffend, dass man so doch recht schnell einen Stein mit den gleichen Eigenschaften findet. Wichtig ist, dass er möglichst groß ist, da sonst die Schaukelbewegungen zu schnell ablaufen, was viel Energie verbraucht. Alle hier abgebildeten Steine funktionieren. Der mit dem blauen Pfeil oben drauf am besten von allen.
Nach einigen derartigen Tests wird man rasch feststellen, dass es sowohl Steine mit Linksdrehung, mit Rechtsdrehung als auch solche ohne jegliche Asymmetrie gibt. Jetzt sind wir der Lösung wieder einen Schritt weiter gekommen. Wenn es beide Vorzugsrichtungen gibt, dann ist es wohl doch nichts mit den höheren Mächten oder ?

Erklärung
Es muss in dem so symmetrischen Aussehen des Holzes etwas geben, dass nicht symmetrisch ist. Sonst würde dieses Verhalten nicht zustande kommen. Man kann zunächst einmal versuchen das Holz zu vermessen, dabei wird man aber feststellen, dass es ein komplett symmetrischer Rotationsellipsoid ist. Die Lösung des Problems kann also nur noch in der Gewichtsverteilung liegen. Wenn man ein Metallsuchgerät zur Verfügung hat, kann man einmal das Hölzchen auf versteckte Metallgewichte absuchen. Wenn der Hersteller nicht sehr einfallsreich war, wird man hier meist schon fündig werden. Auch mit einem Magnet, den man rasch über das Holz hinwegzieht, kann man versuchen die Metalle aufgrund ihrer bremsenden Wirbelstromwirkung zu erkennen. Mit einer Stoßmagnetisierung könnte man versuchen ein Wegschleudern des Holzes nachzuweisen. Sollten Eisengewichte verwendet worden sein, würde man diese mit einem Magnet natürlich sofort merken, das wäre aber wohl zu naheliegend.

Sollten Kunststoffgewichte verwendet worden sein, so hilft nur noch eine Röntgenaufnahme, um sie nachzuweisen, ohne das Holz zu zerstören. Mit Hilfe der im Eigenbau hergestellten Röntgenröhre wurde von dem Wackelholz eine Aufnahme angefertigt. Diese zeigt sehr schön die beiden dichteren und daher schwereren Körper, die asymmetrisch zur Mitte angeordnet sind. Für diese Aufnahme lag das Wackelholz mit der Oberseite auf dem Film, für die normale Betriebslage muss man sich die Gewichte also gespiegelt vorstellen.

Das Bild zeigt die Draufsicht auf ein rechtsdrehendes Wackelhölzchen, was der gespiegelten Röntgenaufnahme entspricht. Im Holz sind die zwei kleinen Gewichte versetzt eingelassen und meist durch eine Furnier verdeckt. Jetzt ist auch klar, warum bei einem gegossenen Material, wie z.B. dem Wackelstein aus Blei, die Form nicht 100%ig sein kann. Denn bei homogenen Material muss man diese Gewichtsverlagerung eben durch die Form zustande bringen.
Beim Schaukeln stimmt die Hauptträgheitsachse nicht mit der Symmetrieachse des Ellipsoids bei der Drehung überein. Das hat zur Folge, dass beim Schaukeln entlang der Längsachse das Holz am Endpunkt immer ein wenig zur Seite kippt. Dadurch wird ein kleiner Teil der Schaukelbewegung in Drehbewegung umgesetzt.
Dreht man das Holz, so wird aufgrund kleiner Unebenheiten immer ein Wackeln erzeugt. Bei der Rechtsdrehung kann dieses sofort wieder abgebaut werden wie vorher beschrieben. bei einer Linksdrehung jedoch, rollt es unsymmetrisch auf dem ellipsoiden Unterteil ab und fängt dadurch an zu wackeln. Die Wackelbewegung kann nicht abgebaut werden. Sie wirkt jetzt gegen die Drehrichtung und schwächt die Rotation. Das ist auch der Grund, warum nicht die ganze Energie der Drehung umgepolt werden kann.

Das Verhalten des Wackelhölzchens demonstriert uns eindrucksvoll, wie stark sich kleine Unsymmetrien auswirken können. So muss auch mit der Freien Energie umgegangen werden. Eine kleine Unsymmetrie muss dazu genutzt werden, um das System aufzuschaukeln, was dann zum einer Polarisierung der Energie führt. Ich denke dabei z.B. an kleine Energiemengen die überall herumfluktuieren und sich gegenseitig auslöschen oder an die Wärmeenergie, die überall vorhanden ist, aber nicht so einfach polarisiert werden kann. Könnte man der Energie zwei Gewichte umhängen dann hätte das zur Folge, dass sich plötzlich alle Energiepakete gleichförmig bewegen und so nutzbar gemacht werden könnten. 

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