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Physik im Alltag und Naturphänomene, Physikalisches Spielzeug & Freihandversuche, Strukturbildung, Selbstorganisation & Chaos

Ein physikalischer Fußtritt

Wenn wir unseren Fuß auf festem, feuchten Sand am Meeressaum aufsetzen, machen wir eine auf den ersten Blick merkwürdig erscheinende Entdeckung: In dem Maße, wie wir den Druck auf den Boden steigern, breitet sich ein Hof nahezu trocken gelegten Sandes um den Fuß herum aus. Seine maximale Ausdehnung erreicht er, wenn der Fuß fest aufgesetzt ist. Hebt man ihn wieder an, so sammelt sich Wasser in der Delle, die wir in den Boden gedrückt haben. Sobald die Fußspur verblasst, verschwindet auch das Wasser wieder.
Mit dem Auftreten wird der Sand etwas zu den Seiten weggedrückt und dort aufgewölbt. Da die Sandkörner kleine Brücken bilden, die wie eine Torwölbung die Gewichtskraft nach den Seiten „ableitet“, wirkt diese nicht nur senkrecht nach unten, sondern auch zu den Seiten. Durch die unelastische Wechselwirkung verschieben sich die bis dahin maximal dicht gepackten Sandkörner gegeneinander. Dadurch wächst das Volumen zwischen ihnen und füllt sich mit Wasser aus den benachbarten Bereichen, so dass der „Wasserspiegel“ im darüber lagernden Sand absinkt. Die oberste Sandschicht wird gewissermaßen trocken gelegt. Nur so kann verhindert werden, dass ein Vakuum entsteht. Letztlich wird die dazu erforderliche Energie vom einsinkenden Fuß aufgebracht, der den Widerstand als angenehm empfundene Härte des Bodens zu würdigen weiß.
So weit so gut. Aber steht die im rechten Foto dargestellte Situation nicht im Widerspruch zu diesem Phänomen? Nein. Verglichen mit der dünnen Wasserschicht, aus der der Sand durch den Tritt gewissermaßen herausgehoben wird, ist der Hof wesentlich „trockener“.

Diskussionen

19 Gedanken zu “Ein physikalischer Fußtritt

  1. Oft gespielt, dieses Spiel.🙂

    Verfasst von Ule Rolff | 12. August 2022, 09:36
  2. Dazu lässt sich einiges sagen…
    Gestern Nacht verstand ich den Artikel nicht,ob wohl ich ihn zweimal las (oder überflog).
    Das ist a der Nacht geschuldet und b dem Charakter des Texts, denn er ist stärker physikalisch aufgeladen wie sonst.

    Einzig das mit dem Vakuum verstand ich nicht.

    Der physikalisch unkundige leser wird vielleicht auch mit der Ableitung der gewichtskraft zur Seite Probleme haben- oder nicht?!

    Verfasst von kopfundgestalt | 12. August 2022, 11:12
    • Ich danke dir für diese Hinweise. Deine Frage nach dem Vakuum ist – denke ich – leicht zu beantworten. Wenn der Sand die dichteste Lage einnimmt, sind die Zwischenräume minimal klein. Jede Deformation vergrößert sie. Damit kein Vakuum entsteht, fließt Wasser in den zusätzlich geschaffenen Raum. Das fehlt dann an anderer Stelle, wie man am Trockenwerden sieht.
      Du hast natürlich Recht, dass es für manche Leser schwer zu verstehen ist. Da kann man nur besser werden und deine Fragen helfen mir dabei.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 12. August 2022, 12:11
      • Deine Erlärung zum Vakuum finde ich sehr gut, danke!

        Ich habe schon seit einigen Wochen den Verdacht, daß Du von für Laien schwerigen Sachverhalten nun eher absiehst, so z.b. indem Du Dich über naturschöne oder philosophisch-literarische Aspekten auslässt.
        Manche physikalische Aspekte sind nur durch ein entspr. Hintergrundwissen goutierbar, denke ich.

        Verfasst von kopfundgestalt | 12. August 2022, 12:44
      • Da sich knallharte Physiker vermutlich nun selten auf meinen Blog verirren – sofern ich das überhaupt beurteilen kann – und ich ein Faible für die anderen kulturellen Bereiche habe, hat sich das vom Start des Blogs her gesehen etwas verschoben.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 12. August 2022, 13:26
      • In letzter Zeit noch etwas mehr…

        Verfasst von kopfundgestalt | 12. August 2022, 15:14
      • Ja, so ist es.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 12. August 2022, 16:44
  3. Witzig, gestern abend fielen mir in meiner Bucht Kinder-Fußabdrücke im feuchten Sand auf, und ich wollte sie fotografieren (unterließ es aber wegen der fagenden Blicke der anderen Strandbesucher). Normalerweise ist der Sand trocken, aber gestern hatten die Welllen den Strand beleckt und sich dann zurückgezogen, dabei auch kleine Pfützen und nassen Sand hinterlassen.

    Verfasst von gkazakou | 12. August 2022, 11:46
  4. Der Effekt ist tatsächlich seltsam (er heißt, glaube ich, Dilatanz), weil man ja eigentlich an einen Schwamm denkt. Die Erklärung finde ich sehr einleuchtend – ich würde noch hinzufügen, dass das Wasser sich um die Sandkörner sammelt, sich um die Sandkörner schmiegt, und wenn man Druck auf die Sandkörner ausübt, werden die Körner platter und besitzen nun eine größere Oberfläche, und so kann sich mehr Wasser ansammeln, auch in der Tiefe, und deshalb verschwindet Wasser von oben nach unten. Interessant ist, dass dieser Effekt reversibel ist. D.h. die Sandkörner sind fast ideal elastisch, was ich nicht wusste, aber mir nun nach dem Lesen des Beitrages, für den ich mich sehr bedanke, nun einleuchtend. Sand könnte beinahe eine ideale Feder sein 😀 Das hat Spaß gemacht. Viele Grüße!

    Verfasst von Alexander Carmele | 13. August 2022, 19:14
    • Vielen Dank für deinen ausführlichen und ergänzenden Kommentar. Da sich mein Blog im Laufe der Jahre in Reaktion auf die Blogger-Community, die sich so ergeben hat, sehr geändert hat, versuche ich auch als Reaktion auf Kommentare, Physikalisches so einfach wie möglich zu erklären. Dabei lasse ich – für manche Leser abeschreckende – Fachausdrücke, wie hier Dilatanz, meist weg. Wer das Wort kennt, bei dem renne ich ohnehin offene Türen ein. Viele Grüße und schönes Wochenende!

      Verfasst von Joachim Schlichting | 13. August 2022, 19:24
      • Ach iwo, ohne diesen tollen Beitrag hätte ich mir gar keine Gedanken darüber gemacht, dann wurde mir klar, dass ich das von der anderen Seite besser verstand und so wieder verstand ich plötzlich deine Erklärung sehr gut. Dilatanz habe ich dann nur noch gegoogelt, um sicherzugehen und habe es einfach mitgeteilt. Ich fand die Reversibilität ja sehr interessant, die man am Strand feststellt. Ich mag diesen Blog sehr. Vielen Dank dafür. Viele Grüße!

        Verfasst von Alexander Carmele | 13. August 2022, 19:37

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