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Strukturbildung, Selbstorganisation & Chaos

Tropfendes Wasser als chaotisches System

Buttkus, Beate; Schlichting, H. Joachim, Nordmeier, Volkhard. In: Physik in der Schule 33/2, 67-71 (1995).

Das schlafraubende Tropfen eines undichten Wasserhahns ist wohl jedem bekannt. Das Unangenehme besteht offenbar in der Regelmäßigkeit des Geräuschs, das durch das Auftreffen der Tropfen verursacht wird. Es scheint, als raste unsere Aufmerksamkeit auf den einfachen Tropfrhythmus ein, wodurch wir gezwungen werden, die ewige Wiederholung mitzumachen.
Im Altertum hat man aus dieser Not eine Tugend, gemacht, indem man die  Regelmäßigkeit des tropfenweisen Auslaufens von Wasser aus einem eigens dafür gefertigten Gefäß ausnutzte, um die Zeit zu messen. Die Ägypter erreichten mit solchen Wasseruhren eine Genauigkeit, mit der sie präzise astronomische Messungen vornehmen konnten.

Die Regelmäßigkeit, mit der eine solche Wasseruhr funktioniert, legt es nahe, ein einfaches „Uhrwerk“ der Tropfenbildung zu unterstellen: Unterhalb einer  bestimmten Ausflußgeschwindigkeit ist die Oberflächenspannung des Wassers  so groß, daß sich das aus einer Öffnung auslaufende Wasser in einem allmählich wachsenden Tropfen ansammelt, bis dieser so schwer ist, daß die  Oberflächenspannung nicht mehr ausreicht, ihn noch länger an der Öffnung der  Tropfstelle festzuhalten. Der Tropfen reißt ab und fällt. Das weiterhin kontinuierlich nachströmende Wasser beginnt sofort mit der Bildung eines  neuen Tropfen, der dann dasselbe Schicksal erleidet. Solange die Bedingungen sich nicht ändern, ist es schwer, sich vorzustellen, daß etwas anderes passierte…

PDF: Tropfendes Wasser

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