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Physik: Wie Ballone platzen

Pralle Luftballons zerplatzen anders als schwach aufgeblasene, haben Sébastien Moulinet und Mokhtar Adda-Bedia von der École Normale Supérieure in Paris herausgefunden. Bei geringem Druck auf die Ballonhaut reicht ein einzelner Riss, um die angestaute Energie abzugeben. Steht die Hülle jedoch unter hoher Spannung, verzweigt sich der Riss mehrfach.

Im Labor verwenden die Forscher Gummimembranen, die sie auf verschiedene Größen aufblasen. Anschließend stechen sie mit einer Klinge darauf ein. Mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitskameras haben sie festgestellt, dass die Spannung in der Hülle darüber entscheidet, wie der Ballon birst. Dabei spielen neben dem Innendruck auch die Dicke und die Krümmung der Membran eine Rolle. Je höher die Spannung, umso rascher breitet sich ein Riss aus. Oberhalb einer bestimmten Ausbreitungsgeschwindigkeit wird das System allerdings instabil. Nun verzweigt sich der Riss, und die dabei entstehenden Äste laufen strahlenförmig vom Einstichloch nach außen.

Ist der Ballon kugelrund, erinnern seine zerplatzten Überreste an einen Kraken – mit umso mehr Armen, je höher die Spannung in der Hülle war. Handelsübliche Luftballons haben demgegenüber meist eine längliche Form. Sie ähneln nach dem Bersten mehr einem Gerippe. In etlichen anderen Materialien treten ähnliche Rissmuster auf. Deshalb lassen sich die Erkenntnisse auch auf sie anwenden, beispielsweise um zu untersuchen, wie es zu Materialversagen kommt.

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  • Quelle

Moulinet, S. et al.: Popping Balloons: A Case Study of Dynamical Fragmentation. In: Physical Review Letters 115, 2015

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