KopfNuss
KopfNuss
Montag bis Freitag • 10:10
11.10.2004
Hörer-Frage
Von Gerrit Stratmann

Warum sammelt sich Zucker im Tee nach dem Umrühren in der Glasmitte und nicht am Rand, wo ihn die Fliehkraft hinziehen sollte?

Beim Umrühren treten nicht nur Fliehkräfte auf. Neben der Rotationsströmung bildet sich eine zweite Strömung, die am Rand des Glases abfällt und in der Mitte wieder aufsteigt. Diese zweite Strömung zieht den Zucker in die Glasmitte, wo er absinkt, wenn die Rotation nachlässt.

In einem idealen Zylinder, in dem das Wasser stetig und gleichmäßig in Rotation versetzt wird, wirken tatsächlich überwiegend Fliehkräfte auf alle Gegenstände, die man hineinwirft. Alles wird nach außen an den Rand gedrückt. Warum ist das in der Teetasse anders?

Zunächst ist es nicht anders. Solange man rührt, werden die Teilchen tatsächlich aufgewirbelt und Richtung Rand gedrängt. Erst wenn man aufhört zu rühren, fangen die Teilchen langsam an, in die Mitte zu strömen. Diese Strömung Richtung Mitte entsteht auf Grund der Druckverhältnisse in der Flüssigkeit. Der Druck am Rand ist größer als in der Mitte der Flüssigkeit. Als Folge strömt das Wasser automatisch vom Rand her Richtung Mitte und es entsteht ein zweiter Strömungskreislauf, der in der Mitte aufsteigt und am Rand herab fällt.

Die Entstehung dieser zweiten Strömung hängt damit zusammen, dass das rotierende Wasser unterschiedlich stark abgebremst wird, sobald es nicht mehr umgerührt wird. Am Boden des Glases und an den Wänden nimmt die Geschwindigkeit des rotierenden Tees viel schneller ab als an der offenen Oberfläche. Die Reibung an der Tassenwand und am Boden bremst den Tee dort stärker ab. Nach kurzer Zeit dreht sich deshalb der Tee an der Oberfläche schneller als am Boden.

Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten führen zwangsläufig zu unterschiedlich starken Fliehkräften. Oben rotiert die Flüssigkeit schneller, dort sind die Kräfte größer als unten. Das heißt auch: die Flüssigkeit wird oben mit größerer Kraft an den Rand gedrängt als unten. Dieses Ungleichgewicht der Kräfte setzt die Strömung in Gang. Das Wasser strömt von oben in die Bereiche, wo Fliehkraft und Druck schwächer sind auf Grund der langsameren Rotation: nach unten.

Wenn vom Rand her Wasser nach unten strömt, muss das Wasser unten irgendwohin ausweichen, und dafür bleibt nur noch eine Richtung: ab durch die Mitte nach oben!

Auf diese Weise etabliert sich ein zweiter Strömungskreislauf, in dem Wasser am Rand des Glases herab fällt und in der Mitte wieder aufströmt. Von dieser Sekundärströmung wird der Zucker erfasst und in die Mitte getragen, wo er sich niederlässt, wenn die Primärströmung (Rotation) langsam zur Ruhe kommt.
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