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Schlichting!

Surfende Wassertropfen

Manche Wassertropfen driften eine Zeit lang auf einer Wasser­oberfläche, ohne sofort mit dieser zu verschmelzen. Das könnte an einem Luftpolster liegen, doch womöglich sind die physikalischen Effekte komplizierter als gedacht.
Einzelne Tropfen, die aus der richtigen Höhe aufs Wasser treffen, driften manchmal noch ein wenig über die Oberfläche, bevor sie untergehen.

Wenn ich an einem Springbrunnen sitze, achte ich neuerdings immer wieder auf die winzigen Tropfen, die jeweils kurze Zeit über die Wasseroberfläche im Becken treiben. Ich warte dann auf den Moment, in dem sie mit der Oberfläche verschmelzen. Die flinken Tröpfchen verschwinden plötzlich und spurlos. Das unterscheidet sie von den meist größeren, träge auf dem Wasser ruhenden Blasen. Es drängt sich aber die Frage auf, warum die Tropfen überhaupt noch eine kleine Weile auf der Oberfläche kursieren und sich nicht sofort mit dem Wasser vereinigen, obwohl sie doch aus demselben Stoff bestehen.

Surfende Tropfen

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Das Phänomen erinnert mich an einen ähnlichen Vorgang beim Kaffeezubereiten: Wenn der Kaffee vom Filter in die Kanne tropft, huschen oft ebenfalls kleine Kugeln über die Oberfläche des Getränks, um nach ihrem kurzen Ausflug ebenso unvermittelt zu verschwinden wie ihre Verwandten auf dem Teichwasser. In diesem Fall ist die Situation etwas anders, weil ein Temperaturunterschied zwischen der schon etwas abgekühlten Kaffeeoberfläche und dem heißen Tröpfchen besteht. Die Grenzflächenspannung ist nämlich temperaturabhängig, und durch einen Marangoni-Strömung genannten Effekt wird Flüssigkeit von einer Stelle mit einer geringeren Oberflächenspannung zu einer mit höherer transportiert. Das entspricht hier einer Ausgleichsströmung von der warmen Seite zur kühleren. Nähert sich ein heißer Tropfen der Oberfläche des Kaffees, erkaltet er an der Unterseite. Die dorthin laufende Mikroströmung von wärmeren Bereichen reißt angrenzende Luftpartikel mit und bildet temporär ein Luftpolster …

Februar 2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Februar 2018

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  • Quellen

Klyuzhin, I. S. et al.: Persisting Water Droplets on Water Surfaces. In: Journal of Physical Chemistry B 114, S. 14020-14027, 2010

Neitzel, G. P., dell‘Aversana, P.: Noncoalescence and Nonwetting Behavior of Liquids. In: Annual Review of Fluid Mechanics 34, S. 267-289, 2002