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Energie und Entropie, Marginalia, Physik im Alltag und Naturphänomene

Ein Wechselspiel zwischen Tropfen und Blasen

Dieser Zufallstreffer einen Fotos hält die äußerst kurze Situation fest, in der ein Wassertropfen in eine Regentonne fällt und der Beobachter gerade so steht, dass das Licht im Regenbogenwinkel in seine Augen gelangt. Einige Farbtupfer werden im Foto festgehalten.
Der Tropfen, der unmittelbar nach dieser Situation im Wasser verschwindet, reißt wie schon viele Vorgängertropfen ein Loch in die von Blasen besetzte Wasseroberfläche. Während er im Wasser auf Nimmerwiedersehen verschwindet, hinterlässt er noch schnell eine Blase, so als ginge es nur um den Austausch der Füllung der kleinen Sphäre.
Wie in einem früheren Beitrag etwas genauer ausgeführt, entsteht die Blase dadurch, dass sich das vom Tropfen gerissene Loch in der Wasseroberfläche sofort hinter ihm schließt. Dabei wird eine Portion Luft mit eingeschlossen, die dem Tropfen gefolgt war, um die Entstehung eines Vakuums zu verhindern. Die vom Wasser umgebene Luft strebt sofort die Kugelgestalt an, um die Energie der Grenzflächen mit dem umgebenden Wasser zu minimieren.
Da Luft eine wesentlich geringere Dichte als das umgebende Wasser hat, wird sie von diesem ins luftige Element zurückgedrängt. Vielleicht „möchte“ sie sich auch nur wieder mit der Atmosphäre vereinigen, aus der sie stammt. Dann geschähe alles in großem Einvernehmen. 😉 In einigen Fällen geschieht das direkt, in anderen bleibt die Luft eine Zeit lang von einer dünnen Wasserhaut umgeben und schließt sich den bereits auf dieselbe Weise entstandenen dichtgedrängt auf das Platzen wartenden Blasen als jüngstes Mitglied an.
Genau genommen wird nicht nur jeweils eine Blase ins Leben gerufen. Viele kleine weitere Blasen begleiten diesen Vorgang und umlagern die Großen, was auf dem Foto im Wesentlichen als weißer Rand der großen Blasen und in größerer Entfernung vom Hauptgeschehen als weißer Schaum übrigbleibt.
Obwohl der Innendruck in den großen Blasen geringer ist als in den kleinen  – er ist umgekehrt proportional zum Radius – sind die kleinen Blasen, z.B. im Schaum meist wesentlich langlebiger.  Warum das so ist? Das ist eine andere Geschichte.

Der Tropfen zeigt im Moment der Aufnahme kurz vor dem Untergehen Spektralfarben. Diese rühren vermutlich daher, dass der Tropfen kurz bevor er die Wasseroberfläche durchdringt für den Moment auf einer sehr dünnen Luftschicht „schwimmt“ während die Luft in Form einer „Quetschströmung“ entweicht. Während dieser kurzen Zeitspanne sind die Bedingungen einer dünnen Schicht erfüllt, in der es zur Interferenz die einfallenden Lichts kommt, die sich in Interferenzfarben äußert. Man nennt sie auch Newtonsche Ringe. Die Ringform ist hier allerdings nur andeutungsweise zu erkennen. Es ist Zufall, dass gerade dieser Moment in der Fotografie fixiert wurde.

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Diskussionen

23 Gedanken zu “Ein Wechselspiel zwischen Tropfen und Blasen

  1. Die Kleinheit schützt also die Kügelchen vor der Freigabe der Luft. Hat das was mit der Flächen-Volumenrelation zu tun?

    Verfasst von kopfundgestalt | 30. April 2021, 00:21
    • Die kleinen Blasen sind haben meist eine dickere Haut und sind im größeren Verbund (Schaum) mit einer gemeinsamen Oberfläche organisiert, sodass Schwachstellen sofort wieder ausgeglichen werden können. Mit der FV-Relation hat es nur insofern zu tun, als durch die Kleinheit die Schwerkraft verhältnismäßig geringen Einfluss hat, wodurch die schwerkraftsbedingte Verdünnung der Blasenhaut von entsprechend geringem Einfluss ist.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 30. April 2021, 08:42
      • Again what learned 😀

        Verfasst von kopfundgestalt | 30. April 2021, 08:46
      • Ich lerne auch jeden Tag dazu. Je weniger ein Muss dahinter steckt, wie früher in der Schule, desto schöner ist das Lernen… 🙂

        Verfasst von Joachim Schlichting | 30. April 2021, 08:56
      • In der Schule war Deutsch am schönsten , wenn man frei assoziieren konnte. Dann wurde das Fach technisch, da fiel ich ab.
        Physik war grau, so grau, dass es einem graute.
        Geschichte war ein greuel, trotz und wegen der zahlreichen greuel, die man mit zahlen verband.
        Kunst war hehr, aber unbedeutend.
        Musik war Nebensache.
        Mathematik klar und gefällig.
        Chemie wurde erst spannend, als ein Mitschüler uns einen gewissen Zyklus näherbrachte
        Biologie unter ferner liefen
        Sprachen ohne praxisbezug

        Es gab viele Tiefen
        Und wenig Höhen

        Verfasst von kopfundgestalt | 30. April 2021, 09:20
      • Die Liste könnte ich fast eins zu eins unterschreiben mit der kleinen Variante, dass ich mich für Deutsch erst in der Oberstufe interessiert und schließlich davon fasziniert war. Hier war eindeutig der Lehrer „schuld“. Im Nachhinein muss ich sagen, dass der Schulunterricht meist sehr ineffektiv war.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 30. April 2021, 09:49
      • Gerade was Geschichte betrifft! Das wäre soooo wichtig gewesen!
        Wir hatten in Deutsch – zunächst- einen Alt68er, sagt man das so?!
        Bei Mathe hatten wir einen eher charismatischen Lehrer.
        Und auch wehgen der Sprachen bin ich etwas wütend. Wir sprachen sooo wenig Englisch, das war geradezu shocking.

        Verfasst von kopfundgestalt | 30. April 2021, 10:02
      • Bei Geschichte erinnere ich mich nur noch an die Schlachten von den Griechen bis Napoleon. Mehr ist kaum geblieben. Mathe war so farblos und unbedeutend, dass ich mich an die letzten 3 Jahre so gut wie gar nicht erinnere. Bei den Sprachen hätte man in der Tat mehr sprechen sollen und nicht Grammatik pauken…

        Verfasst von Joachim Schlichting | 30. April 2021, 10:39
      • Habe mal hochgerechnet: Jeder sprach in seiner Schulkarriere zusammengerechnet 7 Stunden Englisch.
        In Geschichte wurden die Weltkriege garnicht behandelt

        Verfasst von kopfundgestalt | 30. April 2021, 10:46
      • Bis zu den beiden Weltkriegen sind wir auch nicht gekommen. Da hätte es ja vielleicht noch Beührpunkte geben können.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 30. April 2021, 13:57
      • Du meinst Altnazis?

        Verfasst von kopfundgestalt | 30. April 2021, 16:04
  2. Bezaubernd, wie du ein menschelndes Element in die naturwissenschaftliche Erläuterung bringst, Joachim. 😉
    Und dieses Foto! Hach, das Fotografinnenherz weint nur selten, aber hier bitterlich: das Bild hätte ich auch gerne gemacht. Hier steht doch auch eine Regentonne ..

    Verfasst von Ule Rolff | 30. April 2021, 00:29
    • Danke, liebe Ule! Wie gesagt, der Zufall hat bei dem Foto Pate gestanden. Ich hatte bei der Beobachtung des fallenden Tropfen den zeitweiligen Eindruck von Farberscheinungen und habe dann einfach viele Fotos gemacht, worunter sich auch das abgebildete befand. Also ein völlig unprofessionelles Vorgehen. Regentonnen sind in vielerlei Hinsicht eine schöne Spielwiese.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 30. April 2021, 08:54
  3. Eine schöne Geschichte von den Wechselwirkungen und gegenseitigen Beeinflussungen, gefällt mir, Liebe Grüße
    Jürgen

    Verfasst von juergenkuester | 30. April 2021, 07:50
  4. Ein wirklich gelungener Schnappschuss! Für das Auftreten der Farben sehe ich allerdings einen anderen Grund. Wie mir scheint, handelt es sich nämlich um einen sogenannten „schwimmenden Tropfen“. Das heißt, zwischen dem Tropfen und der ihn tragenden Wasseroberfläche befindet sich eine sehr dünne trennende Luftschicht. (Die Luft entweicht dann in Form einer Quetschströmung, so dass der Tropfen nur kurzzeitig schwimmt). Dass die Wasseroberfläche den Tropfen trägt, meine ich an den verzerrten Lichtreflexen erkennen zu können, die für eine Eindellung der Wasseroberfläche typisch sind. Die vielen Schaumblasen sprechen für das Vorhandensein oberflächenaktiver Substanzen, die die Oberflächenspannung herabsetzten. Von daher sind auch die materiellen Bedingungen für das Auftreten „schwimmender Tropfen“ gegeben.

    Was nun die Farben anbetrifft, so ist meines Erachtens ein Ausschnitt eines Systems konzentrischer Farbringe zu erkennen. Es handelt sich daher meiner Meinung nach um eine Form von Farben dünner Schichten, die als Newtonsche Ringe bezeichnet werden.

    Verfasst von Wilfried Suhr | 30. April 2021, 10:04
    • Vielen Dank, lieber Wilfried. Vielleicht hast du Recht, was die Farbentstehung betrifft. Leider kann man das bei einem Schnappschuss nicht mehr so genau rekonstruieren. Aber deine Argumente klingen überzeugend. Allerdings habe ich das von dir geschilderte Phänomen noch nie gesehen. Du meinst also, dass die kurzzeitig dünne Luftschicht zwischen Tropfen und Wasseroberfläche Ursahe für Newtonsche Ringe sein könnten?
      Das mit den Regenbogenfarben war so etwas wie ein first guess, weil mir während der Aufnahme die tiefstehende Sonne im Rücken stand und ich früher schon mal in einer ähnlichen Situation Regenbogenfarben sah (https://hjschlichting.wordpress.com/2019/07/15/am-ende-des-regenbogens-zweiter-ordnung/).

      Verfasst von Joachim Schlichting | 30. April 2021, 10:57
  5. „die auf das Platzen wartenden Blasen“ – dieser Ausdruck hat es mir besonders angetan. Und dass sich das eingeschlossene Luft-Element wieder mit dem Ganzen vereinen möchte. Ich versuche, mir vorzustellen, wie es wäre, wenn all das, was jetzt in menschlichen Blasen eingeschlossen ist, freigesetzt würde und sich mit dem „Menschlichen an sich“ vereinigen würde. .Oder die in Finanzblasene Eingeschlossene Energie sich über die darbenden Menschen ausschütten würde…..(so ungefähr)

    Verfasst von gkazakou | 30. April 2021, 10:42
    • Ja, ich scheue mich nicht ein wenig animistisch zu formulieren, was mir meine Kollegen nachsehen mögen. Aber hier geht es ja nicht um knallharte Physik, sonder eher um physikuntermauertes Story telling. Was die Blasen betrifft, so gibt es die schöne Gewissheit, dass sie über kurz oder lang dazu verdammt sind, zu platzen. Die eingeschlossene Luft und Co. sind erfahrungsgemäß sehr freiheitsliebend.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 30. April 2021, 11:17
      • „eingeschlossene Luft ist erfahrungsgemäß sehr freiheitsliebend“ -wieder so ein treffendes bonmot. Man erfährt es ja ständig: Eingeatmete Luft will nicht in der Lunge beiben, sondern wieder entweichen. Da kann man sich anstrengen wie man will. 🙂 Aber verrückterweise wollen die, die zB Geld einatmen, lieber verrecken, als es auszuatmen, Und die, die Macht eingeatmet haben, halten genauso daran fest, anstatt zu sagen: ich gebe sie zurück in den Kreislauf.

        Verfasst von gkazakou | 30. April 2021, 12:24
      • Macht und Herrschaft gehören zur Menschheit solange man von ihr weiß. Die Geschichte – zumindest so wie wir sie in der Schule kennengelernt haben – handelte fast ausschließlich von Kriegen ohne dass auf das Schicksal der Zivilbevölkerungen in den Kriegen eingegangen worden wäre… Heute ist an einigen Stellen der Welt vieles besser – dort wo ich lebe hat es in meiner Lebenszeit keinen Krieg gegeben – weil ich das Glück hatte in den Teil der Welt hineingeboren zu sein, der sich eine Insel des Wohlstands zu schaffen vermochte. Das Grundübel besteht nach wie vor, aber es ist weniger sichtbar, zumindest wenn man immer wieder beherzt die Augen schließt…

        Verfasst von Joachim Schlichting | 30. April 2021, 13:00

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