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Do try this @ home: Wirbelringe
13. Januar 2021
Hast du Lust «toroidale Vortices» herzustellen? Klingt kompliziert, geht aber ganz leicht und sieht wunderschön aus: Es handelt sich um Wirbelringe, die du ganz einfach aus Flüssigkeitstropfen machen kannst.
Dazu brauchst du nur ein Glas Wasser, einen Trinkhalm und eine farbige Flüssigkeit. Das kann zum Beispiel Milch sein, oder auch mit Tinte oder Lebensmittelfarbe gefärbtes Wasser.
Das Wasserglas muss nach dem Einfüllen des Wassers einige Minuten lang still stehen, damit sich die Verwirbelungen darin beruhigen. In der Zwischenzeit kannst du üben, mithilfe des Trinkhalms Tropfen aus der anderen Flüssigkeit herzustellen. Dazu hältst du den Trinkhalm etwa 1 cm tief in die Flüssigkeit. Dann drückst du mit dem Zeigefinger oben auf die Öffnung des Trinkhalms. Hebe den Trinkhalm aus der Flüssigkeit und lass dann die Öffnung los. Jetzt fällt ein Tropfen heraus. (Wenn du Lust hast, überlege doch mal, warum der Tropfen nicht schon vorher herausgefallen ist! Es hat etwas mit der Luft im Röhrchen zu tun…)
Wenn das Wasser im Glas schön ruhig ist, halte den Trinkhalm mit dem Flüssigkeitstropfen darin nah über die Wasseroberfläche und lass den Tropfen dann ins Wasser fallen. Beobachte genau, was passiert! Probiere ruhig verschiedene Fallhöhen aus.
Kannst du beobachten, dass die Flüssigkeit Ringe bildet? Manchmal entstehen sie direkt beim Zusammenprall des Tropfens mit der Wasseroberfläche, manchmal aber auch erst später und wie in Zeitlupe. Besonders schön sieht es aus, wenn ein Ring langsam in viele weitere Ringe zerfällt!
Wie genau und unter welchen Bedingungen diese sogenannten Wirbelringe entstehen und zerfallen, ist Gegenstand der aktuellen Forschung im Feld der «Fluiddynamik». Man kann sich aber anschaulich vorstellen, was passiert, wenn der Tropfen durchs Wasser schiesst: An der Aussen- und Unterseite des Tropfens wird er durch das Wasser gebremst, während sich die Flüssigkeit innerhalb des Tropfens ungebremst weiterbewegt. Das führt zu einer Strömung innerhalb des Tropfens: In der Mitte vorwärts, an den Seiten zurück. Irgendwann schliesst sich diese Strömung zu einer kreisförmigen Bewegung um den Rand eines Rings. Am besten kannst du das direkt im Experiment beobachten!