//
Marginalia, Physik im Alltag und Naturphänomene

Wasser auf der Wurfparabel

WasserfontänenWasserfontänen sind nicht nur schön anzuschauen, sie zeigen auch auf natürliche Weise physikalische Phänomene, die ansonsten ziemlich theorielastig daherkommen. Ein schräg nach oben geschossener Wasserstrahl führt zu einem Bogen, der als eine direkte Visualisierung der Bahn eines schiefen Wurfs angesehen werden kann. Jedenfalls sieht man einem mit derselben Anfangsgeschwindigkeit geworfenen Stein nicht direkt seine Bahn an. Erst das xy-Diagramm im Schulbuch oder auf der Wandtafel im Physikunterricht vermittelt eine Anschauung dieser Bahnkurve. Dabei wird meist der Luftwiderstand, dem ein solcher Stein ausgesetzt ist, vernachlässigt. Ansonsten wäre der Fall viel schwieriger.
Den Wasserstrahl kann man näherungsweise als Ensemble von Wasserteilchen ansehen, die unabhängig voneinander auf dieselbe Weise „geworfen“ werden. Die Geschwindigkeit, mit der der Strahl steigt, nimmt mit der Höhe rapide ab und die Instabilitäten in der Wassersäule wachsen sichschließlich so stark aus, dass es zu Abschnürungen kommt und der Strahl unter dem Einfluss von Oberflächenkräften in einzelne Tropfen zerfällt. Diese Tropfen sind zunächst noch sehr groß und instabil. Sie unterliegen starken Schwingungen und können durch Wechselwirkung mit anderen Tropfen und unter dem Einfluss des Luftwiderstands ein wenig von der theoretisch vorgezeichneten Bahn abweichen. Man kann im Foto gut erkennen, dass der von den wabernden Tropfen eingenommene Bahnquerschnitt größer wird, bevor es zur Wiedervereinigung mit dem Wasser im Becken kommt und die Tropfen ihr kurzes Leben beenden.
Vergleicht man den Vorgang mit dem aus einem Wasserhahn fließenden Wasser, so kann der Aufstieg ganz grob gesehen als Umkehrung des Falls gesehen werden. Während der fallende Strahl aufgrund der Erdbeschleunigung immer dünner wird, bewirkt die Verlangsamung des steigenden Strahls, dass er dicker wird. Beim anschließenden Fall tritt wieder eine „Verdünnung“ auf, die sich durch eine Vergrößerung des Abstands zwischen den inzwischen entstandenen Tropfen bemerkbar macht.
Der durch den Wasserstrahl beschriebene Bogen erscheint insofern stationär als dem Aufstiegshalbbogen ein ähnlich geschwungener Abstiegshalbbogen entspricht. Aber die Symmetrie ist mehrfach gebrochen. Der Strahl ist beim Abstieg nicht nur in Tropfen desintegriert und nimmt einen größeren Querschnitt ein, er hat auch eine andere Form, was aber nicht so leicht zu erkennen ist. Außerdem werden beim Wiedereinstritt ins nasse Element Geräusche hervorgebracht, die sich einer besonderen Art der Wechselwirkung verdanken. Aber das ist eine andere Geschichte.

Diskussionen

Trackbacks/Pingbacks

  1. Pingback: Oszillierende Teestrahlen | Die Welt physikalisch gesehen - 22. März 2018

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden /  Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden /  Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden /  Ändern )

Verbinde mit %s

Diese Seite verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden..

Photoarchiv

%d Bloggern gefällt das: