i-26d7b0cb6ce9eead83ab2bb77b4b57f1-Regen.jpgEines meiner liebsten Geräusche ist ja das Prasseln von Regentropfen, die gegen Dach oder Fenster trommeln. Und wenn es einen richtig tollen Regenschauer gibt, dann schaue ich auch gerne aus dem Fenster und sehe gebannt zu, wie die Regentropfen auf dem Boden zerplatzen oder in Pfützen malerische Blasen erzeugen. Auf die Idee, diesen Vorgang genauer zu untersuchen, bin ich allerdings nicht gekommen.

Jetzt ist es dafür zu spät: Forscher der Harvard University haben eine interessante Studie zur Physik des Regentropfens vorgelegt.

Ich finde es ja ganz wunderbar, wenn Wissenschaft alltägliche Phänomene genauer unter die Lupe nimmt und dabei – das ist dann natürlich ganz besonders spannend – feststellt, daß sich die Dinge letztlich doch anders verhalten als gedacht. Und Regentropfen sind hier ganz besonders geeignete Kandidaten. Woran das wohl liegt?


Gibt es die Tropfenform wirklich?

Letztes Jahr verblüffte mich ja Frank vom weatherlog mit seinen Erläuterungen zur Form der Regentropfen. Denn mit der klassisch-idealisierten Tropfenform, die sich ja eher wie eine Träne aussieht, hat die fast gar nichts zu tun.
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Zwei physikalische Kräfte (einerseits die Oberflächenspannung des Wassers, andererseits der Luftwiderstand) sind dafür verantwortlich, daß der gemeine Regentropfen (aspergo vulgaris) eher in Sandwich-Form durch die Luft saust.

Und heute stellt Jürgen Schönstein die Frage aller Fragen: Lohnt es sich bei einem Regenschauer zur nächsten Unterstellmöglichkeit zu rennen? Bietet man im Sprinttempo nicht viel mehr Angriffsfläche? Oder bleibt man am Ende doch trockener, wenn man losrennt?

Wie kommt man halbwegs trocken durch den Regenguß?

Die Antwort kann ich hier natürlich nicht verraten; um die optimale Strategie für den nächsten Regenschauer zu haben, muß man schon zu Jürgen rüberklicken. Zum Trost habe ich allerdings die Antwort auf die eingangs gestellte Frage parat: “Zerplatzen die Regentropfen eigentlich am Boden?”

Ehrlicherweise klingt die Frage etwas seltsam. Denn wo bitteschön sollten die Tropfen denn sonst zerplatzen, zerstäuben, zerspringen? Die Antwort haben Shreyas Mandre und Kollegen nun u.a. mittels Computersimulationen gefunden. Die relevanten Kräfte sind wieder einmal die Oberflächenspannung und der Luftwiderstand.

Die Physik des Regentropfenaufpralls

Und der Luftwiderstand und die Fallgeschwindigkeit führen zunächst dazu, daß die Tropfen (wie oben erläutert) als Sandwich heruntersausen. Und dann, einige Mikrosekunden vor dem eigentlichen Aufschlag bildet sich zwischen Tropfen und Oberfläche ein Luftpolster, das dann (siehe Fallgeschwindigkeit) so komprimiert wird, daß der Regentropfen zerplatzt bevor (!) er mit dem Boden bzw. der Oberfläche Kontakt hat. Die Autoren schreiben:

We demonstrate that, neglecting intermolecular forces between the liquid and the solid, the liquid does not contact the solid, and instead spreads on a very thin air film.

Gleichzeitig sei dieses Phänomen (also dieses winzige Luftpolster zwischen Tropfen und Oberfläche zum Zeitpunkt des Zerplatzens) auch der Grund dafür, daß die Tropfen häufig mit der charakteristischen Krönchenform zerspringen.

Ich werde in Zukunft das Prasseln der Regentropfen mit anderen Augen sehen. 😉

Links:

Kommentare (9)

  1. #1 Ulrich Berger
    April 28, 2009

    Tja, mein Weltbild wurde schon erschüttert als ich zum ersten Mal las, dass die Insekten nicht auf der Windschutzscheibe zerplatzen, sondern schon kurz davor von den Scherkräften der Luft zerrissen werden.

  2. #2 ålchemist
    April 28, 2009

    Das ist ja ein ganz wunderbares Paradoxon! Wenn die Tropfen zerplatzen, tun sie dies indem sie viele kleine Tropfen produzieren, die wiederum in kleinere Tröpfchen zerplatzen ohne den Boden zu berühren, welche wiederum…

    Im Grunde wird der Boden nie naß :o) Super, dann brauche ich auch keinen Regenschirm mehr. Es sei denn die können zwischen Boden und mir unterscheiden!!?!

  3. #3 Hansgerd Zappenduster
    April 28, 2009

    Und wenn jetzt aus dem Boden doch eine Krume heraus ragt, die den Tropfen zuerst berührt? Ich verlange Hochgeschwindigkeitsaufnahmen auf youtube als Beweis 😉

  4. #4 Matze
    April 29, 2009

    Dann bildet sich das Luftpolster über der Krume. Da braucht’s keinen Videobeweis.
    Ach, ja! Toller Artikel. Wieder was gelernt.

  5. #5 Marc
    April 29, 2009

    @Olchemist:

    Jep, daran dachte ich auch kurz, habe dann aber doch verpennt, dieses höchst wunderbare Phänomen, der sich immer weiter in winzige Tröpfchen aufspaltenden Wassertröpfchen im Beitrag zu erwähnen. Das funktioniert – wenn man die Harvard-Jungs beim Wort nimmt – zwangsläufig nach dem Prinzip der russ. Matroschka-Püppchen. Immer wieder gibt es noch einen kleineren Wassertropfen… Fast tragisch, wenn die niemals auf den Boden kommen.

    @Hansgerd und Co.:

    Ehrlicherweise habe ich doch meine Zweifel, ob der oben skizzierte Ablauf wirklich auf alle Oberflächen zutrifft. Bei einer ideal planen Oberfläche kann ich mir das (als Laie, der ich bin) noch vorstellen, aber schon bei meiner Schreibtischplatte sehe ich da schwarz, erst recht, wenn es um Textilien geht. Ich fürchte, wir müssen uns doch damit abfinden, daß wir naß werden… früher oder später.

  6. #6 Tobias
    April 30, 2009
  7. #7 Marc
    April 30, 2009

    @Tobias:

    Oh, hatte heute noch gar keine Zeit meine Süddeutsche zu lesen. Nehme an, daß diese kurze Notiz dort auch in der Printfassung steht. Danke für den Hinweis.

    ich war selbst vorgestern auch irgendwo über den Hinweis auf die Publikation gestolpert; aber gut möglich, daß die SZ-Kollegen gestern früh auch unser SB-Topthema zu den Regen(tropfen)Themen gesehen haben. Die lesen ja durchaus gelegentlich (regelmäßig?) mit.

  8. #8 Wolfgang Flamme
    Mai 1, 2009

    Das müßte man eigentlich mit einem Kammkondensator überprüfen können: Zuerst sollte sich die Kapazität erhöhen, wenn der Tropfen sich über die Oberfläche ausbreitet, ohne sie zu berühren, dann erst sollte der Leitwert ansteigen, wenn der Tropfen die Struktur berührt.

    Nur so ‘ne Idee.

  9. #9 Jörg Schlichtholz
    November 24, 2009

    Dem Thema Regen habe ich mich als Künstler immer nur optisch genähert. Habe das mit Achtsamkeit Erfahrene für wahr gehalten und muss nun feststellen, dass es wissenschaftlich betrachtet, noch eine andere Wahrheit gibt. Nun – ich bin höchst erstaunt, aber damit kann ich leben!