Physiker der Brown University haben die komplexe Fluiddynamik auf ein überraschend nachvollziehbares Problem angewendet: Warum es so lange dauert, bis die letzten Flüssigkeitstropfen aus Behältern entleert werden? Die in Physics of Fluids veröffentlichte Studie verwendet die bewährten Navier-Stokes-Gleichungen, um genau vorherzusagen, wie lange es dauert, bis Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität unter der Schwerkraft abfließen.
Die Wissenschaft der Geduld
Die Studie entstand aus alltäglicher Frustration. Die Forscher Jay Tang und Thomas Dutta bemerkten bei ihrer Arbeit an unterschiedlichen Projekten zum Flüssigkeitsverhalten (Tang über Bakterienwachstum in feuchten Umgebungen, Dutta über Oberflächenströmungen) die anhaltende Belästigung, darauf zu warten, dass viskose Flüssigkeiten leer werden. Dutta erinnerte sich daran, dass seine Großmutter darauf bestanden hatte, auch den letzten Tropfen zu bekommen, während Tang beim Reinigen seines gusseisernen Woks vor dem gleichen Problem stand.
Der Schlüssel liegt im viskosen Regime der Fluiddynamik – wie sich innere Reibung auf die Flüssigkeitsbewegung auswirkt. Das Team nutzte die Navier-Stokes-Gleichungen, um dies zu modellieren, und testete dann seine Vorhersagen, indem es Flüssigkeiten wie Wasser, Milch, Butter und Olivenöl auf eine um 45 Grad geneigte Platte goss und die Abtropfzeit maß, bis 90 % der Flüssigkeit abgeflossen waren.
Ergebnisse: Viskosität ist alles
Die Experimente bestätigten die theoretischen Berechnungen: Viskosität ist der dominierende Faktor. Wasser floss in Sekunden ab, während kalter Ahornsirup Stunden benötigte. Tang, der absichtlich Öl auf seinem Wok lässt, um Rost vorzubeugen, gab zu, dass er die Wartezeit unterschätzt hat – sein idealer zweiter Kippvorgang sollte nach bis zu 15 Minuten erfolgen.
Jenseits der Küchenspüle
Das ist nicht nur Küchenwissenschaft. Die gleichen Prinzipien, die den letzten Tropfen Sirup bestimmen, gelten auch für die Bakteriendynamik, bei der der Flüssigkeitsfluss das mikrobielle Verhalten bestimmt. Die Studie bietet den Forschern eine praktische Trainingsübung, zeigt aber auch, wie grundlegende Physik selbst den alltäglichsten Aspekten des täglichen Lebens zugrunde liegt.
„Diese Physik ist überall in unserer Hauptforschung zu finden … es ist zufällig auch die alltägliche Flüssigkeitsphysik der Küche“, erklärt Tang.
Die Studie erinnert auf humorvolle Weise daran, dass selbst scheinbar einfache Phänomene komplexe wissenschaftliche Erklärungen haben. Es unterstreicht auch, wie wichtig Geduld ist, insbesondere beim Umgang mit besonders viskosen Flüssigkeiten.
