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Energie und Entropie, Physik im Alltag und Naturphänomene, Strukturbildung, Selbstorganisation & Chaos

Die Welt der Blasen

Bei feinem Nieselregen läuft Wasser aus der Regenrinne in einen Brunnenring, der noch vom Herbst mit reichlich Blättern am Boden bedeckt ist. Dabei entstehen durch das herabfallende Wasser Blasen. Eine Wasserportion durchdringt die Wasseroberfläche nicht unmittelbar. Vielmehr dellt sie diese wegen der relativ großen Grenzflächenspannung zwischen Wasser und Luft zunächst wie eine elastische Membran ein. Erst nachdem sie ringsherum wieder zurückschnellt, durchbricht der Tropfen die Oberfläche. Dabei treibt sie einen luftgefüllten Hohlraum ins Wasser hinein, dessen Öffnung sich schließt, bevor die Luft wieder herausgedrückt wird.
Indem die sich zur Kugel formierende Luftportion durch das viel dichtere Wasser wieder nach oben gedrängt (Auftrieb) von unten gegen die Wasseroberfläche drückt, wird diese aufgewölbt und eine durch die Oberflächenspannung des Wassers gegebene Gegenkraft provoziert. Als Kompromiss entstehen ein in die Luft hinein ragendes sphärisches Gewölbe und eine ins Wasser hineinragende kleine Delle, die beide zusammen die Form der driftenden Blase ausmachen. Dies ist ein Gebilde, das unter den gegebenen Bedingungen eine minimale Grenzfläche mit der Luft und dem Wasser besitzt. Minimal ist die Grenzfläche deshalb, weil ihre Bildung Energie erfordert und da die Grenzflächenenergie proportional zur Grenzfläche ist, kann auf diese Weise maximal viel Energie an die Umgebung abgegeben werden (2. Hauptsatz der Thermodynamik).

Hinzu kommt, dass sowohl an der Außenhaut als auch an der Innenhaut der Blase wie an der Wand eines Wasserglases Wasser ein stückweit aufsteigt. Diese sogenannten Menisken am inneren und äußeren Rand der Blase machen sich optisch dadurch bemerkbar, dass sie zusätzlich zum Spiegelbild der Außenwelt auf dem konvex gekrümmten Teil der Blase ein Spiegelbild auf dem konkav geformten Meniskus aufweisen. Außerdem erkennt man Spiegelbilder auf dem inneren Meniskus. Allerdings muss man schon genau hinschauen um sie aufgrund der starken Verzerrungen als solche zu erkennen.
Die relativ lange Beobachtungszeit, die sich in dieser Beschreibung niederschlägt, führt schließlich zur Verwunderung darüber, dass die Blasen in dem klar erscheinenden Wasser überhaupt so lange bestehen. Ich habe Lebenszeiten von mehreren Minuten feststellen können. Dafür gibt es zwei wesentliche Gründe. Das Wasser ist zwar klar aber enthält gelöste Stoffe, die u.a. aus den am Boden zu erkennenden verfaulenden Blättern hervorgehen. Sie haben offenbar eine ähnlich „entspannende“ Wirkung wie Tenside, sodass sich die Blasen länger als in reinem Wasser halten, wo sie fast instantan zerplatzen.
Einen zweiten Grund für die Langlebigkeit kann ich nur vermuten. Die begrenzte Lebensdauer einer Blase kommt dadurch zustande, dass die Wasserhaut vor allem durch Verdunstung und das schwerkraftsbedingte Abfließen des Wassers allmählich dünner wird und nach Unterschreiten einer kritischen Dicke reißt. Im vorliegenden Fall haben wir es aber mit Nieselregen zu tun, wodurch die Blasenwände gewissermaßen ständig wässrigen Nachschub erhalten, sodass die Verdünnung der Blasenwand hinausgezögert wird.

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Diskussionen

23 Gedanken zu “Die Welt der Blasen

  1. Finde ich sehr schön…
    Nicht das Foto😀, sondern die Erklärungen.
    Es scheint sich um eine Geschichte zu handeln, mit vielen Akten.

    Das Durchbrechen erst nach dem Zurückschnellen der Membran ist mir nicht einleuchtend. Habe ich da was verpasst?

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    Verfasst von kopfundgestalt | 17. April 2021, 00:45
  2. Eine großartige Beschreibung des Blasenphänomens, so umfassend hatte ich das noch nie verstanden, und gleich bei der ersten Lektüre (sonst muss ich schon mal Passagen mehrfach lesen bis zum Aha-Knall)!
    Nur an deiner abschließenden Vermutung zweifle ich: wenn Nieselregen, also immer noch fallende, wenn auch winzige Tröpfchen die Außenhaut der Blase mit Nachschub versorgen würden, müsste dann nicht die empfindlich dünne Außenfläche bei ihrem Eintritt reißen? Wäre es nicht wahrscheinlicher, dass einfach die 100%ige Luftfeuchtigkeit bei solchem Wetter die Verdunstung aus der Grenzfläche verhindert und dadurch die Lebensdauer der Blase verlängert wird?

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    Verfasst von Ule Rolff | 17. April 2021, 08:41
    • Das muss dann ja wohl ein Glückstreffer gewesen sein. Ich hatte eher die Befürchtung, dass die Erklärung zu sehr in die Details ging. Andererseits wäre das Phänomen ohne die Details kaum verständlich.
      Die winzigen Nieseltröpfchen konnten den Blasen über vergleichsweise lange Zeit nichts anhaben. Ob meine Vermutung jedoch korrekt ist, dass dies der Grund für die lange Lebenszeit ist, weiß ich nicht. Vielleicht reicht schon die 100% Feuchte, wie du vermutest.

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      Verfasst von Joachim Schlichting | 17. April 2021, 21:52
      • Anscheinend ist die Trennfläche doch stabiler, als ich dachte, jedenfalls solange sie noch frisch und „unverdunstet“ ist.

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        Verfasst von Ule Rolff | 17. April 2021, 22:30
      • Größere oder schnellere Tropfen sind in der Tat Blasenkiller. Wenn beispielsweise eine Membran in einem Seifenschauf platzt, zieht sie sich zu einem Tropfen zusammen, der durch die Wucht des Zusammenziehens beschleunigt wird und durch andere Membranden hindurchschießt usw. Diese Kettenreaktion kann man machmal direkt beobachten, wenn eine Schaumschicht auffällig schnell kollabiert. Bei kleinen Nieseltropfen, die fast schweben, fehlt offenbar das „Durchsetzungsvermögen“.

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        Verfasst von Joachim Schlichting | 17. April 2021, 22:58
      • Das ist diese Situation, wenn der Schaum leise knisternd verschwindet, nicht wahr?

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        Verfasst von Ule Rolff | 17. April 2021, 23:00
      • Genau, man hört gewissermaßen das Bombardement

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        Verfasst von Joachim Schlichting | 17. April 2021, 23:09
  3. Sehr schönes Foto ! Du hast dich ja verneunfacht = 10 Joachims zu sehen

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    Verfasst von hollaholle | 17. April 2021, 11:21
  4. Das Foto ist witzig. Aber ich muss Kopfundgestalt beipflichten: Der Text ist noch besser. Falls es einen Preis für physikalische Prosa gäbe, würde der Gewinner bestimmt schon längst feststehen: Joachim Schlichting.

    Gefällt 1 Person

    Verfasst von tomfmr | 17. April 2021, 14:14

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  1. Pingback: Ein Wechselspiel zwischen Tropfen und Blasen | Die Welt physikalisch gesehen - 30. April 2021

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