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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Wie man Flüssigkeiten auf die Sprünge hilft |
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| | | Bei leichtem Regen lässt sich gut beobachten, welche unterschiedlichen Figuren die Tropfen in einer Lacke formen können: Entweder zerspringen sie in kleinere Tröpfchen oder sitzen für einen Moment auf der Oberfläche. Amerikanische Forscher konnten nun zeigen, dass ein kompletter Flüssigkeitsstrahl beim Aufprall auf ein sich horizontal bewegendes Flüssigkeitsbad sogar Sprünge machen kann. |
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Bekannt ist dieser Effekt bereits bei Flüssigkeiten mit ungewöhnlichen Fließeigenschaften, so genannten Nichtnewtonschen Fluiden, wie etwa Haarshampoo.
Bei Newtonschen Flüssigkeiten wurde er von Matthew Thrasher und seinem Team von der University of Texas in Austin das erste Mal genauer untersucht.
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Die Studie "The Bouncing Jet: A Newtonian Liquid Rebounding off a Free Surface" wird im "Physical Review E" (Bd.9, 2007) erscheinen und liegt im Preprint bereits auf arXiv.org vor. |
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 Preprint der Studie |
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Unterschiedliche Figuren beim Aufprall |
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Schon seit längerem wird das Verhalten von Flüssigkeiten beim Aufeinanderprallen untersucht: Sie können in Tropfen zerspringen, Wasserblasen unter die Oberfläche bringen, sich kräuseln wie ein Seil oder liegen bleiben, bevor sie sich verbinden.
Die Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass auch das Hüpfen eines Flüssigkeitsstrahls nichts Ungewöhnliches ist, unter den geeigneten Bedingungen.
Bereits letztes Jahr untersuchten holländische Forscher dieses Phänomen bei Haarshampoo. Die Erklärung in diesem Fall lag jedoch in den speziellen Eigenschaften der Flüssigkeit, welche dünner oder weniger viskos wird, sobald sie fließt. "Kaye Effekt" nennt man dieses Verhalten bei Nichtnewtonschen Flüssigkeiten.
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Auch "normale" Flüssigkeiten können springen
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Die Substanzen, die Thrasher und sein Team in der aktuellen Studie untersuchten, zählen allerdings nicht zu dieser speziellen Klasse. Das verwendete Silikonöl ist zwar viskos, aber zeigt "normales" Fließverhalten, wie Wasser.
Für das Experiment richteten die Forscher einen Strahl der Flüssigkeit senkrecht auf die Oberfläche desselben Öls. Die Substanz im Behälter bewegte sich mit konstanter Geschwindigkeit in eine Richtung.
Der Strahl prallte dabei von der Oberfläche ab und vollführte einige Sprünge bevor er sich mit der Flüssigkeit verband (siehe Bild oben).
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Dünne Luftschicht führt zu Sprungverhalten |
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Entscheidend für das Verhalten des Strahls sind scheinbar die Geschwindigkeit der Flüssigkeit im Tank und die Flussrate des Strahls. Der Strahl und das Ölbad sind bei entsprechender Wahl der Parameter durch eine dünne Luftschicht getrennt, welche offensichtlich für das Springverhalten verantwortlich ist.
Darüber hinaus scheint eine Reihe von Faktoren eine Rolle zu spielen: Die Viskosität, die Beweglichkeit, die Beschaffenheit der Oberfläche und die Schwerkraft. Zur Klärung ihres Wechselspiels sind laut den Forschern noch weitere Experimente notwendig.
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"Küchen-Experiment" |
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Der Versuch lässt sich laut Studie auch in der eigenen Küche nachvollziehen: Man nehme eine Schüssel vorzugsweise aus Glas mit einem Durchmesser von mindestens 15 und einer Höhe von vier Zentimetern, eine Schale und ein dünnes Rührgerät.
Als Flüssigkeit empfiehlt sich zum Beispiel Rapsöl. Nun muss man einen dünnen Strahl des Öls auf die bereits gefüllte Schale richten. Um die Bewegung zu simulieren, kann man die Tasse rund um das Zentrum kreisen lassen oder den großen Behälter auf einer Plattform rotieren lassen. Nun etwas Luft auf die Oberfläche blasen. Für eine geringere Höhe, kann man den Strahl entlang des Rührgeräts fließen lassen.
Mit ausreichend Übung könne man laut Thrasher den Flüssigkeitsstrahl so zum Springen bringen.
[science.ORF.at, 23.07.07]
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01.01.2010 |
