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Das schlägt doch der Flasche den Boden aus!

Ausgeschlagener FlaschenbodenLaden...
Das schlägt doch der Flasche den Boden aus!

Füllt man eine Bierflasche nahezu randvoll mit Wasser, hält sie in der einen Hand und haut dann beherzt mit der anderen auf die Öffnung, schlägt es der Flasche unter Getöse und viel Wasserspritzen den Boden aus. Dass dafür ein unerwarteter Effekt verantwortlich ist, demonstrieren jetzt David Jesse Daily und seine Mitstreiter an der Brigham Young University in Provo mit Hochgeschwindigkeitsaufnahmen.

Die Aufnahmen zeigen eindeutig, wie sich durch den Schlag am unteren Rand des Flascheninnern Blasen bilden und wieder kollabieren – erst ab diesen Punkt beginnt das Glas zu reißen. Das Zerstörungswerk richtet damit in erster Linie nicht der Schlag an, sondern die so genannte Kavitation: Beim Auftreffen der Hand wird die Flasche zunächst extrem nach unten beschleunigt, die Trägheit hält allerdings das Wasser ein wenig länger in der Ausgangsposition, dadurch fällt der Druck im unteren Bereich rapide ab – so stark, dass das Wasser "aufkocht": Kavitationsblasen aus Wasserdampf entstehen ...

… und kollabieren schon im nächsten Augenblick schlagartig: Das Wasser strömt zehn Mal schneller zurück, als die Blasenbildung dauerte, und sendet dabei Schockwellen durch die Flüssigkeit, die das umliegende Glas für Sekundenbruchteile unter höchste Belastungen setzen; es kommt zum Riss.

Mit demselben Phänomen der Kavitation haben auch Ingenieure von Schiffsschrauben zu kämpfen. In diesem Fall sorgt die schnelle Drehung des Propellers für den Druckabfall und lässt Kavitationsblasen entstehen, deren Implosion sogar metallene Schiffsschrauben erheblich in Mitleidenschaft ziehen kann.

Der Trick mit der Bierflasche funktioniert übrigens nicht, wenn die Flüssigkeit noch Bier – und damit Kohlensäure – enthält. Denn dann füllen sich die Kavitationsblasen mit CO2 und werden am Kollabieren gehindert. Weil die Gasblasen aber in diesem Fall nach oben perlen und das Bier zum Schäumen bringen, mag zwar der Boden heil bleiben, die Sauerei am Ende ist jedoch ausgesprochen ähnlich.

Die Experimente von Daily und Kollegen sind der diesjährige Beitrag des BYU Splash Labs für den Wettbewerb "Gallery of Fluid Motion" der American Physical Society.

Catastrophic Cracking Courtesy of Quiescent Cavitation, arXiv 1210.3764, 2012

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