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Flüssigkeiten: Schlagende Argumente

Dass Öl und Wasser sich nicht vermengen, lässt sich in jeder Suppe beobachten – runde Fetttropfen treiben auf der Flüssigkeit. In einem simplen Experiment zeigt die Schmiere sogar nahezu lebendige Züge. Mit ein bisschen Physik wird der Spuk nun erklärbar.
Ein Tropfen Öl auf Wasser
Es bedarf nicht viel, um aus seinem Eigenheim ein Labor zu machen: Mischen Sie einfach eine kleine Menge Mineralöl mit einem Schuss flüssigem Waschmittel und geben einen Tropfen dieser Mixtur in eine flache Schale, in die sie zuvor ein bisschen Wasser gefüllt haben. Für alle, die es nicht selbst ausprobieren wollen: Das Öl beginnt zu pulsieren – alle paar Sekunden zieht sich der Tropfen zusammen, um sich gleich darauf wieder auszudehnen. Benjamin Franklin dokumentierte diese Reaktion zwar bereits 1774, doch erklärt hatte sie bislang niemand.

Franklin wie auch den Hobby-Experimentatoren bleibt nur zu vermuten, dass der Oberflächenspannung in diesem Fall eine bedeutende Rolle zukommt. Zwei Wissenschaftler vom Massachusetts Institute of Technology wollten sich mit bloßen Mutmaßungen nicht zufrieden geben. Ingesamt drei Jahre studierten Roman Stocker und John Bush den kleinen pulsierenden Ölklecks unter ihren Mikroskopen. Sie bannten die Geschehnisse auf Video, um sie dann im Detail zu untersuchen.

"Wir haben es hier mit drei Grenzflächen zu tun", beginnt Stocker zu erklären, "jeweils zwischen Öltropfen, Wasser und der Luft darüber." Die beigemengten Waschmittelmoleküle fühlen sich mit einem Ende zum Wasser und mit dem anderen zum Öl hingezogen, sodass sie sich an der Grenzfläche zwischen Öl und Wasser anlagern. Da der Öl-Waschmittel-Mix mehr einer Linse als einem Tropfen ähnelt, sammelt sich das Waschmittel am abgerundeten Boden und senkt dort die Oberflächenspannung – der Ölfleck kann sich ausdehnen.

Waschmittel bricht aus | Winzige Tröpfchen aus Öl und Waschmittel schießen aus dem großen Öltropfen und verteilen sich auf der Wasseroberfläche. Dort verringern sie die Oberflächenspannung und zwingen den Tropfen dazu, sich zusammenzuziehen.
Öl und Waschmittel an den äußeren Rändern des Tropfens beginnen zu zirkulieren und erzeugen so einen Schub, der kleine Wellen nach außen laufen lässt. Nähern sich diese Wellen dem Rand, brechen winzige Tröpfchen aus und verteilen sich auf der Wasseroberfläche außerhalb der Öllinse. Sie verringern die Oberflächenspannung und zwingen den Tropfen dazu, sich wieder zusammenzuziehen. Innerhalb kurzer Zeit verdunstet das Waschmittel von der Wasseroberfläche und die Oberflächenspannung steigt wieder an.

Damit kehrt das System zum Ausgangspunkt zurück, und das Prozedere kann von vorne beginnen. Nach etwa einer Stunde hat sich allerdings das gesamte Waschmittel buchstäblich in Luft aufgelöst und der Öltropfen findet endlich seine Ruhe. Das vermeintliche Leben des Fettauges kann allerdings auch vorzeitig durch eine Folie beendet werden, die das Experiment abdeckt – in diesem Fall kann das Waschmittel nicht verdunsten, und das Schauspiel bricht ab.

Ob ihr Wissen um die geheimnisvolle Ölpumpe nun einen wissenschaftlichen Nutzen hat, darüber sind sich selbst die Forscher nicht ganz im Klaren. Aber pulsierende Prozesse gibt es in der Natur schließlich zuhauf – schlagende Herzen, Nervenzellen oder Muskelgewebe sind nur einige Beispiele. Und so hoffen die Wissenschaftler, dass ihre Theorie eines Tages vielleicht dazu beitragen kann, auch diese Phänomene physikalisch zu beschreiben.

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