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Energie und Entropie, Marginalia, Physik im Alltag und Naturphänomene

Kleine Wassertropfen ganz groß

Wassertropfen umgeben uns allenthalben im Alltag. Auf dem Foto sieht man einige, an Spinnfäden hängende Tropfen im Vergleich zu einem etwa 2 Millimeter dicken Draht, der als Maßstab für die Einschätzung der Größe der anderen Tropfen dienen kann (zur Vergrößerung auf Bild klicken). Es zeigt sich, dass die Tropfen, die einen kleineren Durchmesser als der Draht haben, so gut wie kugelrund sind, wenn man einmal von kleinen Spitzen absieht, die durch teilweise unsichtbare Spinnfäden bedingt sind, an denen die Tropfen hängen.
Dass Tropfen dazu tendieren, die Kugelform anzunehmen, kommt dadurch zustande, dass ein gegebenes Volumen von der kleinsten Oberfläche begrenzt wird, wenn es die Kugelform annimmt. Zur Ausbildung der Oberfläche ist Oberflächenenergie nötig. Sie ist proportional zur Oberfläche und damit minimal, wenn diese kugelförmig ist. Da die Natur bestrebt ist, so viel Energie wie unter den gegebenen Umständen möglich ist, an die Umgebung abzugeben, tendiert ein Tropfen zur Kugelform.
Bei größeren Tropfen ist allerdings der Einfluss der Schwerkraft nicht zu vernachlässigen, der sich darin bemerkbar macht, dass Tropfen flacher werden. Ein ruhender Tropfen weicht daher umso mehr von der Kugelform ab, je größer er ist (–>Flächen-Volumen-Relation).
Die kleinsten natürlicherweise auftretenden Tropfen findet man in Wolken, also auch im Nebel. Ihr mittlerer Durchmesser beträgt 10 bis 15 Mikrometer (1 Mikrometer = 1/1000 Millimeter). Es sind Tropfen von 1 bis 100 Mikrometer anzutreffen. Damit sind Nebeltropfen 10 bis 100 mal kleiner als typische Regentropfen.
An den hängenden Tropfen auf dem Foto ist zu erkennen, dass sie das Licht wie eine Sammellinse brechen und die Umgebung kopfstehend abbilden. Die kleinen unterscheiden sich dabei nicht von den großen auch wenn es schwierig ist bei den kleinen noch Details zu erkennen.

Diskussionen

3 Gedanken zu “Kleine Wassertropfen ganz groß

  1. Joachim, wie oft hast Du eigentlich deinem Leben den Satz geschrieben:
    „Da die Natur bestrebt ist, so viel Energie wie unter den gegebenen Umständen möglich ist, an die Umgebung abzugeben“ – oder hast Du vielleicht schon einen Shortcut auf deiner Tastatur dafür?! 😉

    Ja, es ist wichtig, fundamentale Prinzipien immer und immer wieder zu erwähnen, so können sie Boden unter den Füssen bekommen. Gerade auch die Flächen-Volumen-Relation gehört ja dazu.

    Der Satz:
    Da die Natur bestrebt ist, so viel Energie wie unter den gegebenen Umständen möglich ist, an die Umgebung abzugeben
    wirft aber dennoch Fragen auf. Da eine Kugel am wenigsten Oberflächenenergie benötigt, steht also mehr Energie frei, abgegeben zu werden. Aber das Aussen möchte ja eben auch nicht ein Mehr an Energie. Was macht also die Luft um den Tropfen damit?!

    Verfasst von kopfundgestalt | 18. Oktober 2020, 14:25
    • Mir ist bewusst, dass ich auch die Gefahr mich zu wiederholen, diesen Satz bei jeder Gelegenheit wiederhole. Er verkörpert meines Erachtens das wichtigste Prinzip. Letztlich ist es ja nicht die Energie, die im Vordergrund steht, denn die ist stets erhalten. Es ist vielmehr die Entwertung der Energie, die darin besteht, dass sie nicht noch einmal für denselben Zwecke gebraucht werden kann. Wenn dein Kaffee abgekühlt ist, weil er die thermische Energie an die Umgebung abgegeben hat, fließt diese nicht wieder zurück und erwärt ihn wieder.
      Ist die Energie erst einmal (bei Umgebungstemperatur) an die Umgebung abgegeben, kann sie nur noch an ein Reservoir niedrigerer Temperatur abgegeben werden und das ist letztlich das Weltall. Auf diese Weise wird die Sonnenenergie nicht wie in der Wüste sofort wieder abgestrahlt, sondern hält das Leben auf der Erde in Gang.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 21. Oktober 2020, 21:11
      • Die Energie wird bei der Entwertung Treppenstufe auf Treppenstufe hinuntergereicht, wobei die jeweilige Stufe immer einen definierten „Körper „auszumachen scheint. Sie kann akso nicht diffus abgegeben werden, sondern sozusagen per Staffelübergabe an den Nächsten.

        Verfasst von kopfundgestalt | 21. Oktober 2020, 21:23

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