Wechselsprung im Spülbecken

Fällt ein Wasserstrahl mit großer Geschwindigkeit auf eine glatte Oberfläche, fließt das Wasser in einem flachen Kreis rund um den Auftreffpunkt auseinander – ein Phänomen, das man in vielen Spülbecken beobachten kann. Dort ist für gewöhnlich auch zu sehen, dass die Fläche von einer ringförmigen Kante umgeben ist. Jenseits von ihr ist das Wasser deutlich tiefer und strömt viel gemächlicher nach außen.

Tatsächlich war bereits Leonardo da Vinci im 16. Jahrhundert von dem als »zirkulärer Wechselsprung« (englisch: circular hydraulic jump) bekannten Phänomen fasziniert. Seitdem haben Wissenschaftler immer wieder versucht, eine physikalische Erklärung für den abrupten Übergang von schnellem zu langsamen Fluss zu finden. Schon länger gehen sie davon aus, dass sich die Grenze an einer Stelle bildet, an welcher der hydrostatische Druck des auseinanderfließenden Wassers von entgegenwirkenden Kräften wie Viskosität, Oberflächenspannung und Schwerkraft ausgeglichen wird. Dort türmt sich das Wasser dann so weit auf, bis der Druck stark genug ist, um die Schwelle zu überwinden.

Eine Forschergruppe um Rajesh Bhagat von der University of Cambridge argumentiert nun im Fachmagazin »Journal of Fluid Mechanics«, dass dieses Bild an einer entscheidenden Stelle falsch ist: Anders als bisher angenommen habe die Schwerkraft keinen nennenswerten Einfluss auf die Entstehung des Wechselsprungs. In den Tests des Teams bildete ein Wasserstrahl, der auf eine vertikal orientierte Wand trifft, einen genauso großen Kreis wie beim Sturz auf ein flaches Spülbecken. Die Schwerkraft könne also keine nennenswerte Rolle spielen. Auch in einem theoretischen Modell der Forscher reichen allein Viskosität und Oberflächenspannung aus, um den abrupten Übergang im Wasser hervorzurufen.