Viele Wissenschaftszweige bauen auf Helmholtz’ Errungenschaften auf. Aber auch ganz alltägliche Dinge, wie Lautsprecher oder medizinische Apparate, gehen auf Erkenntnisse oder Erfindungen des großen Naturforschers zurück. Eine Bilderserie.
Helmholtz heute
#1 Tief ins Auge geschaut
Im Jahr 1850 erfand Hermann von Helmholtz den Augenspiegel. Er nutzte dafür ein einfaches Prinzip: Hält ein Arzt das Gerät vor das Auge seines Patienten, kann er dank eines schräg gestellten Spiegels durch die Pupille hindurch den Augenhintergrund betrachten, ohne selbst die Lichtquelle zu verdecken. Bis zur Erfindung des Augenspiegels konnten Ärzte lediglich Erkrankungen beschreiben, die durch äußere Betrachtung des Auges erkennbar waren. Der Augenspiegel brachte Hermann von Helmholtz viel Ruhm. Heute gibt es komplexere Geräte, mit denen sich die Augen untersuchen lassen. Der Augenspiegel jedoch ist – mit kleinen Anpassungen modernisiert – immer noch weltweit im Einsatz.
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#2 Wie wir Farben sehen
Die farbigen Bilder von Monitoren und Fernsehern setzen sich aus einer Vielzahl einzelner roter, grüner und blauer Punkte zusammen. Das Prinzip, das dahintersteckt, ist die Dreifarbentheorie, die Hermann von Helmholtz im Jahr 1850 auf Basis einer Theorie von Thomas Young entwickelte. Hermann von Helmholtz beobachtete, dass sich aus dem Licht der drei Farben Rot, Grün und Blau (RGB) jede beliebige andere Farbe mischen lässt. Er vermutete, dass es im Auge drei Rezeptortypen gibt, die unterschiedlich auf Licht verschiedener Wellenlängen reagieren, und der Mensch so Farben sehen kann. Er lag richtig: Ende des 19. Jahrhunderts gelang der Nachweis dreier unterschiedlicher Farbsinneszellen in der Netzhaut, der sogenannten Zapfen.
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#3 Der Steinway-Flügel
Er war selbst ein leidenschaftlicher Klavierspieler und spielte bis zu eine Stunde jeden Tag. Dieses Hobby verband Hermann von Helmholtz sogar mit seiner Forschung: Er experimentierte beispielsweise zum Anschlagspunkt bei Klavieren, zum Material der Hämmer, zur Spannung der Saiten und zum Mitschwingen nicht klingender Saitenteile. Auf Basis dieser Arbeiten erfand der Klavierbauer C. F. Theodore Steinway ein System, das Flügel viel brillanter klingen lässt. Seine sogenannte Duplexskala ist bis heute im Einsatz und sorgt für den einzigartigen Klang des Steinway-Flügels. Steinway besuchte 1873 Hermann von Helmholtz sogar in Berlin, um dessen Flügel durch kleine Umbauten klanglich zu verbessern. Ein Steinway-Konzertflügel von Hermann von Helmholtz steht heute im Deutschen Museum in München.
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#4 Der Helmholtz-Resonator
In seinem Werk „Lehre von den Tonempfindungen“ formulierte Hermann von Helmholtz wichtige Erkenntnisse zu Schwingungsformen und Resonanz. Der Kern: In jedem Klanggemisch gibt es einen Grundton. Um ihn besser nachweisen zu können, entwickelte er einen Resonator, der dank einer Öffnung im Resonanzkörper den jeweiligen Grundton verstärkte. Das Prinzip des Helmholtz-Resonators findet heute noch Anwendung – bei Musikinstrumenten, bei Lautsprechern und bei Apparaten, die in Konzerthallen und Konferenz-räumen tieffrequente Schallwellen dämpfen.
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#5 Wirbel, Wellen, Wetter
Hermann von Helmholtz versuchte unterschiedlichste Naturphänomene physikalisch zu erfassen. Selbst beim Strandurlaub studierte er stundenlang die Bewegung der Wellen. In seinen Wirbeltheoremen beschrieb er mathematisch genau die Bewegung und das Verhalten von Wirbeln in Flüssigkeiten und lieferte damit wichtige Grundlagen zur Hydrodynamik. Er übertrug seine physikalischen Konzepte auf andere Naturerscheinungen und gilt wegen seiner Studien über Wirbelstürme, Gewitter, Luft- und Wasserwellen sowie Gletscher als einer der Gründerväter der modernen Meteorologie.
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#6 Wunderbar wandelbar
Energie kommt in verschiedenen Formen vor: beispielsweise in der Strahlung der Sonne, als Wärme, als Bewegungsenergie der Luft oder als chemische Energie, die in Kohlenhydraten gespeichert ist. Diese Energieformen können ineinander umgewandelt werden. Wenn die Atmosphäre solare Strahlung absorbiert, entsteht zum Beispiel Wärme. Die dabei erwärmte Luft wird leichter, steigt auf und wandelt sich zum Teil in Bewegung der Luft um. Bei jeder Energieumwandlung bleibt die Gesamtmenge an Energie erhalten. Dieses Prinzip ist als erster Hauptsatz der Thermodynamik bekannt. Hermann von Helmholtz brachte es als Erster in eine mathematisch ausgearbeitete und allgemeingültige Form.
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