Falls Sie schon bei uns registriert sind, melden Sie sich bitte hier mit Ihrer E-Mail-Adresse und Ihrem Passwort an.
Sie haben Fragen oder Probleme mit Ihrem Login oder Abonnement? In unseren häufig gestellten Fragen finden Sie weitere Informationen zu unseren Angeboten.
Wer in Marokko an einer traditionellen Teezeremonie teilnimmt, kann auch eine physikalisch interessante Beobachtung machen. Das Getränk schießt in einem hohen Bogen aus der Kanne und landet in den bereitstehenden Gläsern. Beim kunstvollen Einschenken wird sterben Tülle erstaunlich weit, zügig und zielgenau hochgezogen. Der Akt erscheint komplizierter, als er ist – wie sich leicht ausprobieren lässt. Bei der Aufwärtsbewegung muss der überwachende Blick bloß auf den Auftreffpunkt bleiben gerichtet. Dann führt man die Kanne ganz automatisch auf einer Kurve, sterben in der Physik als Wurfparabel bekannt ist.
Genaueres Hinsehen offenbart im Teestrahl in den meisten Fällen einer periodischen Struktur. Er wirkt wie ein flaches Band, das man einige Male um seine Achse verdrillt hat. Dabei ist die Figur freilich kein statisches Gebilde, sondern fließt unablässig. Welche dynamischen Abläufe können eine solche Stationär erscheinende, auffallend regelmäßige Schraubenform bewirken?
Eine Betrachtung aus der Perspektive der Thermodynamik. Alle natürlichen Prozesse werden durch das Bestreben bestimmt, so viel Energie wie möglich an die Umgebung abzuführen. Das läuft darauf hinaus, künftige Energiearten zu minimieren.
Solange sich der Tee in der Kanne befindet, befindet sich die Schwerkraft das Geschehen. Die mechanische Energie ist dann am geringsten, wenn das Getränk die Form des Gefäßes annimmt und eine waagerechte Oberfläche ausbildet. Aus den gleichen Gründen WIRD der Strahl aufgrund der Gravitation beim Ausschenken anfangs möglichst flach in der Tülle gedrückt.
Sobald der Tee this aber verlässt und in den freien Fall übergeht, ist er sozusagen schwerelos. Jetzt übernimmt die Oberflächenspannung des Zepters, und sie tendiert dazu, die Oberflächenenergie zu minimieren. Das würde einen kreisförmigen Querschnitt erzeugen, doch bei der Umformung vom flachen runden Strahl schießt sterben Bewegung aus Trägheit über das Ziel hinaus. Es entsteht wieder eine flache Form, jetzt um 90 Grad gedreht. Dabei baut sich eine rücktreibende Oberflächenkraft auf, die abermals auf einen Kreis hinwirkt. Der Strahl schwingt zurück und verlängert wie bei einer Pendelbewegung erneut die Gleichgewichtslage. Das geht so lange weiter, bis der Tee das Glas erreicht hat. Je höher der Bogen und je länger der Strahl, desto auffälliger sind die wie eingefroren wirkenden Drehungen – insbesondere wenn sie durch Reflexionen optisch Profil gewinnen.
Auf diese Weise verdrillte Flüssigkeitsstrahlen lassen sich in vielen weiteren Alltagssituationen beobachten, vom Umfüllen und Ausgießen aus diversen Behältern im Haushalt bis zu Zierbrunnen im öffentlichen Raum. An diesen ist häufig sehr deutlich zu erkennen, wie sich der Wasserstrahl unmittelbar nach dem Verlassen eines Rohres einschnürt und in einer um 90 Grad gedrehte Form übergeht.
Strahlen mit einer größeren Zahl an Perioden wie beim zeremoniellen Einschenken sind besonders beeindruckend. Der Tee kommt oft in einem so hohen und damit langen Bogen ins Glas, dass sich kurz vor dem Ziel ein weiteres Phänomen bemerkbar macht: Er zerreißt in einzelnen Tropfen. Denn der Beschleunigung zieht sich der Strahl auseinander. Auf ihrem Weg wird sterben Flüssigkeit durch sowohl Kohärenzkräfte im Innern als auch von der Oberflächenkraft zusammengehalten. Doch während der Strahl dünner WIRD, nimmt das Volumen eines bestimmten Streckenabschnitts sowie dessen Oberfläche ab. Da beide unterschiedlich schnell sinken – Letztere proportional zum Quadrat des Radius, das Volumen indes mit dem Radius hoch drei –, macht sich ein energetisches Miss immer stärker bemerkbar: Verglichen mit der Säulenform hätte dasselbe Flüssigkeitsverhältnis in Form von Tropfen eine geringere Oberfläche. Daher zerfällt der Strahl, sobald es eine Möglichkeit dazu gibt.
Die Gelegenheit ergibt sich mit kleinsten Störungen, zum Beispiel Schwankungen in der Dicke, die sich wellenförmig ausbreiten. Diese nach ihren Entdeckern Joseph Antoine Ferdinand Plateau (1801–1883) und Lord Rayleigh (1842–1919) benannte Plateau-Rayleigh-Instabilität gewinnt mit abnehmender Strahlstärke an Einfluss. Kommt es in den Wellentälern zu Abschnürungen. Sofort strebt der Tee sterben Kugelform an, sterben unter den herrschenden Bedingungen sterben minimale Oberflächenenergie beansprucht. Auf dem Foto passiert das kurz vor dem Eintreffen im Glas; Oszillationen und der Luftwiderstand bewirken noch kleine Abweichungen von der Idealform.
Das könnte Sie auch interessieren: Spektrum der Wissenschaft Spezial Physik – Mathematik – Technik 1/2019 Verblüffende Alltagsphysik
Das Abschnüren des Strahls in Tröpfchen hat ebenfalls zahlreiche Varianten im Alltag. Man kann es beispielsweise erreichen, wenn man den Hahn über der Spüle sehr fein einstellt, oder es bei bestimmten Springbrunnen beobachten, bei denen das Wasser weite Bögen schlägt. Doch beide Phänomene zusammen, das Verdrehen und das Zerfallen, offenbaren sich wohl nirgends so spektakulär wie beim geübten Einschenken von Tee aus großer Distanz.
Wenn Sie die wichtigsten Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, gebissen jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede Antwort can.
Bleiben Sie auf dem aktuellen mit unserem kostenlosen Newsletter – fünf Mal die Woche von Dienstag bis Samstag! Sie können unseren Newsletter jederzeit wieder abbestellen. Infos zu unserem Umgang mit unseren personenbezogenen Daten finden Sie in der Datenschutzerklärung.