Exponate.

Der "Kartesische Taucher" verfügt über einen gläsernen Tank, der mit Wasser gefüllt ist. Im Wasser schwimmen ein Reagenzglas, welches zum Teil mit Luft gefüllt ist sowie ein Wasserball. Mittels einer Pumpe kann der Besucher den Luftdruck im Tank erhöhen. Es ist zu beobachten, dass bei steigendem Luftdruck der Wasserstand im Reagenzglas steigt und das Röhrchen langsam nach unten sinkt. Auch der Wasserball, welcher mit Luft gefüllt ist, sinkt zu Boden. Stoppt der Entdecker das Pumpen, entweicht langsam Luft durch ein kleines Ventil, der Luftdruck sinkt und die beiden Objekte steigen langsam wieder an die Wasseroberfläche.

Im Schwerefeld der Erde fallen alle Gegenstände gleich schnell zu Boden - wenn die Luft nicht wäre. An dem Exponat "Fallende Feder" kann der Besucher Gegenstände wahlweise in Luft oder im Vakuum fallen lassen und so dieses Gesetz hautnah erfahren.

Bei dem Exponat "Schwerkraft" kann der Besucher fünf kleine Bälle, die auf unterschiedlichen Höhen einer schiefen Ebene liegen, gleichzeitig starten lassen. Diese Bälle rollen die Schräge hinunter und landen alle exakt in fünf Bechern, die passend angeordnet sind. Es ist zu beobachten, dass alle Bälle die gleiche Zeit vom Verlassen der Bahn bis zum Erreichen des Behälters benötigen. Daher muss ein Ball, der in einen entfernteren Behälter fliegt, mehr Geschwindigkeit haben, bevor er die Bahn verlässt. Aus diesem Grund liegt der Ball, der in den entferntesten Behälter fallen soll, am höchsten Punkt der Bahn. Der Entdecker kann unterschiedliche Gefälle und Einstellungen bei der höhenverstellbaren Rampe ausprobieren.

Lässt der Besucher eine Münze hochkant in den Trichter trudeln, bietet sich ihm ein spannendes Schauspiel. Der Trichter ist so geformt, dass die Münze denselben Gesetzen folgt wie die Planeten, die um die Sonne kreisen. In einer engen Spirale laufen die Münzen um das Zentrum herum, um dann doch früher oder später aufgrund der Reibung in den Gravitationstrichter zu stürzen. Das Geld ist dann im "schwarzen Loch" verschwunden und kommt dem phaeno Freundeskreis zu Gute.

In einem Sockel sind vertikal Metallstäbe angebracht. Lenkt der Entdecker diese Stäbe aus, kann er unterschiedliche Muster beobachten, die das Stabende beim Schwingen beschreibt. Diese Muster werden als "Lissajous-Muster" bezeichnet. Die Stäbe sind im unteren Bereich unterschiedlich geformt, deshalb schwingen sie mit anderen Frequenzen und beschreiben verschiedene Muster.

"Machine and Concrete" ist ein Kunstwerk von Arthur Ganson. Ein Elektromotor treibt ein Zahnradgetriebe mit erheblicher Drehzahlreduzierung an. Das Getriebe besteht aus 25 Doppelzahnrädern, die außen jeweils 120 und innen 14 Zähne haben. Bis zum letzten Zahnrad, welches in Beton gegossen ist, gibt es 24 Kraftübertragungen. Das erste Zahnrad dreht sich in 6,5 Sekunden einmal um sich selbst. Bis das letzte Zahnrad eine komplette Umdrehung hinter sich gebracht hat, müssen 594 Billionen Jahre vergehen.

Bei einem Schlag auf die Gummimembran der Luftkanone wird ein Luftwirbel erzeugt, und es ist zu beobachten, dass der entstehende Luftstoß eine Fahne an der gegenüberliegenden Seite in Bewegung bringt. Durch den Schlag wird die Luft durch die kreisförmige Öffnung gedrückt. Die Trommel lässt sich in verschiedene Richtungen drehen, man kann also seinen Mitbesuchern auch eine neue Frisur verpassen.

Das Oszylinderskop ist ein interaktives Kunstwerk von Norman Tuck. Dreht der Besucher die schwarz-weiße Trommel und zupft die Gitarrensaiten, werden die Bewegungen der Saiten als Wellenlinie sichtbar. Mit einem Pedal lässt sich die Spannung der Saiten beeinflussen und die Tonhöhe verändern. Entsprechend verändert sich die Wellenlinie. Auf diese Weise wird der Zusammenhang von Tonhöhe und Wellenlänge spielerisch deutlich.

"Sinkendes Schiff" ist ein Exponat zum Thema Verdrängung und Auftrieb, bei dem ein kleines Modellschiff auf einer Wassersäule in einem Tank schwimmt und auf mysteriöse Weise versenkt werden kann. Große Mengen Luft werden von unten in den Wassertank geblasen, die Dichte des Wassers plus Luftblasen ist geringer als die von reinem Wasser - dem Schiffchen fehlt der Auftrieb und es geht unter.

Dem Besucher stehen mehrere Bausteine zur Verfügung, die er so stapeln soll, dass der oberste mit seiner ganzen Länge über den untersten herausragt. Wieviele Steine braucht man mindestens, um „über den Abgrund“ zu gelangen? Die Lösung liefert die Folge 1/2, 1/4, 1/6, 1/8,... bzw. die harmonische Reihe, die hier anschaulich gemacht wird. Das Geheimnis ist Bauen von oben nach unten: zuerst alle Bausteine aufeinander stapeln - den Obersten soweit schieben, dass er gerade noch im Gleichgewicht ist, dann den Zweiten mit dem Obersten zusammen so weit wie möglich schieben und so weiter… .

Auf einer großen, drehbaren Plattform ist ein großer Kreisel angebracht. Der Besucher kann wie auf einer Wippe auf der Verlängerung der Drehachse Platz nehmen und damit Teil des Kreiselsystems werden. Durch Gewichtsverlagerung bringt der Entdecker die Kreiselachse in Schräglage, und die gesamte Plattform beginnt sich zu drehen. Präzession ist am eigenen Leib erfahrbahr!

Zwei durchsichtige Plastikkugeln sind mit elastischen Seilen zwischen Decke und Boden befestigt. Die Kugeln enthalten jeweils zwei Murmeln. Selbst durch relativ kleine Bewegungen von außen kann der Besucher die Murmeln auf unglaubliche Geschwindigkeiten beschleunigen - ausholende, schnelle Bewegungen helfen meist nicht. Der Trick: immer im richtigen Moment Energie zuführen.

Der Besucher kann mit einer Handpumpe Luftblasen in einen hohen, schlanken und durchsichtigen Zylinder pumpen. Dieser ist mit einer zähen Flüssigkeit gefüllt. Daher steigen die Blasen, im Gegensatz zu Blasen im Wasser, wie in Zeitlupe nach oben. Es lässt sich beobachten, dass große Blasen schneller steigen als kleine. So können sich die Blasen einholen und zu einer Riesenblase vereinen.

Nimmt man unseren "Verrückten Koffer" aus seiner Halterung, so reagiert er ganz unerwartet auf Bewegungen: Er hebt sich seitlich in die Höhe und "wehrt" sich, wenn der Besucher die Bewegungsrichtung ändert. Ursache ist ein schnell rotierender Kreisel im Inneren. Der Entdecker erfährt am eigenen Leib die Drehimpulserhaltung.

Eine große zylindrische Wassersäule von knapp zwei Meter Höhe zeigt einen beeindruckenden "Wasserstrudel". Der Strudel entsteht durch ein regelbares Ventil, wodurch das Wasser nach unten abläuft.

Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE): Wasser, Wasserkraft nutzen

Am "Fallturm" kann eine Box, die mit einer Kamera ausgerüstet ist, aus einer Höhe von drei Metern fallen gelassen werden. Die Box enthält verschiedene Gegenstände: eine Feder mit einem Gewicht, einen Magneten und eine Wasserwaage. Beim Fall verhalten sich die Gegenstände so, als wären sie schwerelos.

Schwenkt man die Stange, laufen Wellen die „Große Feder“ entlang, werden am Ende reflektiert und laufen zurück. Bewegt man die Stange im richtigen Rhythmus, kann man durch die Überlagerung der Wellen eine stehende Welle erzeugen.

Am "Schwerkraftspiel" wird der Besucher aufgefordert einen Ball eine Rampe hinunter rollen zu lassen. Erreicht der Ball das Ende der Bahn, beginnt automatisch ein Ring zu fallen. Der Ball fliegt in seinem Weiterflug fast immer durch den Ring. Ball und Ring fallen gleichzeitig aus derselben Höhe und daher immer mit der gleichen Geschwindigkeit. Deshalb muss der Ball durch den Ring fliegen.

Der "Regenmacher" ist ein Kunstexponat von Ned Kahn. Es erzeugt mit Kugeln, die sich durch eine Matrix unterschiedlich langer Metallstifte bewegen, musikalische Klänge. Die Länge der Stifte bestimmt die Tonhöhen. Es entstehen jedes Mal unterschiedliche Melodien, da die Kugeln nie denselben Weg nehmen.

Der "Kartesische Taucher" (eine umgekehrte, luftgefüllte Flasche) beginnt zu sinken, sobald über ein Fußpedal der Druck in der Wassersäule erhöht wird. Löst der Besucher das Pedal, steigt der Taucher wieder auf. Da die Luft im Taucher bei Druck stärker zusammengedrückt werden kann als Wasser, dringt bei hohem Druck Wasser in den Taucher ein - er wird schwerer und sinkt.

Wie stark bremst Luft? - Besucher können hier diese Frage klären: Mit einem Flaschenzug zieht sich der Besucher auf einem Sitz hoch. Lässt er los, senkt sich der Sitz und treibt ein Windrad mit großen Paddeln an. Der Luftwiderstand des Windrads ist so groß, dass sich der Sitz nur langsam absenkt.

Wie kann ein Staubsauger einen Besucher in die Luft heben? Dazu sitzt der Besucher auf einem Sitz, der über ein Seil mit einem Kolben verbunden ist. Ein Staubsauger erzeugt nun einen Unterdruck im Zylinder unterhalb des Kolbens. Der äußere Luftdruck drückt den Kolben nach unten wodurch der Besucher nach oben gezogen wird.

Besucher drücken zwei halbkugelförmige Schalen aufeinander und pumpen die Luft innerhalb mit einer Handpumpe ab. Der Innendruck wird angezeigt. Der äußere Luftdruck presst die beiden Halbkugeln zusammen. Besucher können ausprobieren, bis zu welchem Unterdruck sie die beiden Halbkugeln auseinanderziehen können.  

Hier wird die Stärke des Luftdrucks eindrucksvoll gezeigt: Die obere große Halbkugel ist fest, die untere Halbkugel ist beweglich. Besucher drücken die untere Halbkugel gegen die obere, während ein Staubsauger die Luft in der Kugel absaugt. Nun kann sich der Besucher an die Kugel hängen. Der entstehende Differenzdruck ist bei der großen Querschnittsfläche der Kugel ausreichend, um selbst schwere Personen zu halten.

Auf diesen Sofas zu entspannen ist nicht so leicht. Andere Besucher, die sich hinsetzen, stören die Ruhe. In den Polstern verbergen sich Luftkissen, die über Luftschläuche verbunden sind. Setzt sich eine Person auf das eine Sofa, wird eine Person auf dem anderen Sofa gehoben. Besucher treten so - gewollt oder ungewollt - miteinander in Kommunikation.

Dieses Kunstwerk von Ned Kahn besteht aus einem langen Seidentuch das in einem Luftstrom weht. Der Besucher kann die Stärke des Luftstroms beeinflussen. Ein Luftstrom bewegt sich - abhängig von seiner Stärke und den umgebenden Hindernissen - wirbelförmig fort. Mit dem Seidentuch werden die Wirbel sichtbar: das Tuch wellt sich wie die Wirbel, die über das Tuch streichen.

Diese pneumatische, vier Meter hohe Skulptur zeigt sehr spielerisch die Funktionsweise eines Rohrpostsystems. In zwei Einlässe stecken Besucher Bälle und Tücher, die dann durch die Röhren flitzen. Ihr Lauf lässt sich durch Weichen, beeinflussen. Aus welchem der sechs Ausgänge werden die Bälle wieder herauskommen? Mit den Weichen lassen sich gleichzeitig Röhren stilllegen, so dass Bälle und Tücher darin erstmal warten müssen. Unterschiedlich große Bälle zeigen ein weiteres strömungstechnisches Phänomen: ist der Querschnitt eines Balls deutlich kleiner als die Röhre, bleibt der Ball in einer Aufwärtsströmung schwebend stehen. Ein größerer Ball kann ihn dann überholen oder mitreißen.

Besucher haben hier die Aufgabe, Bälle mit Luft durch ein Labyrinth zu leiten. Dafür müssen sie die passenden Schieber im richtigen Moment öffnen und schließen um einen permanenten Luftstrom auf den gewünschten Weg zu zwingen. Das Exponat zeigt spielerisch, dass Luft nur dann strömt, wenn die Luft auch wieder ausströmen kann.

Large White Carpet ist ein kinetisches Kunstwerk von Tim Prentice und Dave Colbert. Dieses große und sehr flache Mobile reagiert auf geringste Luftströmungen mit langsam fließenden, wellenförmigen Bewegungen. Die etwa 3m x 3m große Struktur besteht aus 225 miteinander gekoppelten Kacheln. Besucher können durch wedeln, pusten oder den umstehenden Exponaten die Bewegung des Large White Carpet beeinflussen.

Am Fuß dieses Stabs sind zwei senkrecht zueinander stehende Blattfedern angebracht. Je nachdem, in welche Richtung man ihn auslenkt, bringt man nur eine oder auch beide Federn zum Schwingen. Schwingt nur eine Feder, sieht man einen Strich. Schwingen beide Federn, überlagern sich zwei Schwingungen und es entstehen Lissajous-Figuren.

An dem „Riesen-Jo-Jo“ können Schülerinnen und Schüler beobachten, wie der Wechsel zwischen Lage- und Bewegungsenergie das Jo-Jo auf und ab rotieren lässt.

Senkrecht aufgestellt und losgelassen, fällt der „Balancierstab“ einfach um: Er steht nicht stabil und kann sein Gleichgewicht nicht halten. Balanciert man ihn auf der Hand, kann man durch viele kleine Ausgleichsbewegungen ein dynamisches Gleichgewicht herstellen. Das Balancieren ist dabei eine Art Wettstreit zwischen dem Reaktionsvermögen und der Trägheit des Stabes: Je geschickter und schneller man ist, desto länger kann man den Stab im Gleichgewicht halten.

Eine Maschine balanciert einen aufrecht stehenden Stab. Um den Stab in Balance zu halten, muss die Maschine fortwährend kleine Ausgleichsbewegungen durchführen. Das System arbeitet dabei so schnell und präzise, dass sogar leichte Stöße an der Stange wieder ausgeglichen werden können.

An der „Greifbar“ heben die Schülerinnen und Schüler kleine, unterschiedlich geformte Kegel an. Welche Kegel lassen sich leicht anheben? Bei welchen ist es schwieriger? Um die Kegel anzuheben, müssen wir Kraft aufwenden und die Schwerkraft überwinden. Dazu klemmen wir den Kegel zwischen unseren Finger ein. Das fällt uns umso leichter, je steiler die Fläche ist.

„Gib Kette!“ ist ein Spiel mit der Erdbeschleunigung: Hebt man einen der beiden über eine Kette verbundenen Töpfe an, hängen auf dieser Seite weniger freie Kettenglieder als auf der anderen Seite. Das zusätzliche Gewicht auf der anderen Seite beschleunigt die Kette gleichförmig. Die Stärke der Beschleunigung ist vom Höhenunterschied der beiden Töpfe abhängig: Je größer der Unterschied, desto mehr freie Kettenglieder hängen auf der Seite mit dem tieferen Topf und desto stärker wird die Kette beschleunigt.

Auf einer großen Wand können Besucher Zahnräder und andere Gegenstände mit Magneten befestigen. Besucher können auf der einen Seite Grundprinzipien von Zahnrädern erforschen, indem sie unterschiedlich große Zahnräder zu lange Ketten verbinden. Auf der anderen Seite können sie verschiedenen Antriebe und kleine Maschinen konstruieren. Dafür stehen neben Zahnrädern zum Beispiel Riementriebe und Schubstangen, mit denen sich Drehungen in periodische Bewegungen transformieren lassen, zur Verfügung.

Das Exponat besteht aus einem großen Getriebe mit Handrädern an beiden Getriebeenden. Besucher können das Getriebe von beiden Seiten benutzen und dabei die Transformation von Kraft und Geschwindigkeit bei der Unter- und Übersetzung erforschen. Die Übersetzung des Getriebes ist so groß, dass selbst ein sehr schwacher Besucher die Bewegung am untersetzten Handrad gegen einen starken Besucher auf der anderen Seite kontrollieren kann.

Manchmal ist es bessser, wenn die Linke nicht weiß, was die Rechte tut. - An diesem Geschicklichkeits-Exponat sollen Besucher eine große "8" zeichnen. Dafür haben sie einen Apparat mit zwei Spindeltrieben zur Verfügung, mit denen ein Sitft bewegt wird. Die Triebe sind senkrecht zueinander angebracht. Für eine "8" müssen Besucher mit beiden Händen gleichzeitig an den Trieben drehen aber dabei die Drehrichtungen an unterschiedlichen Stiftpositionen umkehren. Diese ungewohnte Bewegung erfordert hohe Konzentration oder viel Übung.

Kreiselkräfte lassen sich kaum eindrucksvoller untersuchen. Auf einem Drehstuhl sitzend nehmen Besucher:innen einen starken Kreisel in ihre Hände. Drehen sie nun den Kreisel auf eine bestimmte Weise, beginnt sich der Drehstuhl zu drehen. Dieses Experiment sollte möglichst zu zweit durchgeführt werden.

Lässt sich mit einem kleinen Steinchen eine Lawine auslösen? Mit einer Reihe unterschiedlich großer "Dominosteine" lässt sich das ausprobieren. Richtig angeordnet löst der kleinste Stein eine Kettenreaktion aus, die einen menschengroßen Stein zu Fall bringt.

Ein Würfel fällt auf eine Mausefalle, die beim Auftreffen sofort zuschnappt. Was sonst dem Auge verborgen bleibt, wird auf einem Monitor in Zeitlupe ganz genau nachvollziehbar. Möglich macht dies eine superschnelle Kamera, die 9.000 Bildern pro Sekunde aufnimmt. Hat einen die Neugier gepackt, kann man an dieser Station viele weitere Versuche ausprobieren und auch einen Luftballon ganz langsam plaaaatzen lassen.

Bewegung und Zeit sind eng miteinander verwoben. Steht die Zeit still, existiert keine Bewegung. Diese Erkenntnis macht Akinori Goto in seinem Werk "toki- BALLET # 01" sichtbar. Die Skulptur ist ein modernes Daumenkino: Eine Bildfolge einer tanzenden Ballerina wurde mit einem 3D-Drucker in einer ringförmigen Struktur ausgedruckt. Auf die drehende Skulptur wird in einer Ebene Licht projiziert, die einen Schnitt durch die Skulptur sichtbar macht. Durch die Bewegung entsteht aus den Einzelbildern ein Film.