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Fluiddynamik: Trick lässt Tröpfchen einander jagen

Als würden Tröpfchen Fangen spielen: Unter bestimmten Bedingungen entwickeln Flüssigkeiten aus Wasser und Lebensmittelfarbe ein regelrechtes Eigenleben.
Tröpfchen machen Jagd aufeinander

Ein wenig wirkt es, als würden die Tröpfchen auf der Glasplatte miteinander Fangen spielen – wenn ihre Bewegungen auch erst bei einer höheren Abspielgeschwindigkeit gut erkennbar werden. In Wirklichkeit entstehen die Bewegungen jedoch dank einer sorgfältigen Mischung von Wasser und Propylenglykol, wie es etwa in Lebensmittelfarbe enthalten ist. Je nach Konzentrationsverhältnis wirken die Tropfen entweder anziehend oder abstoßend aufeinander, berichtet nun ein Team um Manu Prakash von der Stanford University.

Beide Flüssigkeiten mischen sich eigentlich gut, unterscheiden sich allerdings in ihrer Oberflächenspannung und ihrer Verdunstungsrate: Wasser verdunstet leichter und hat die höhere Oberflächenspannung. Befinden sich zwei Tropfen nahe beieinander, hemmt die höhere Feuchtigkeit zwischen ihnen die weitere Verdunstung an den einander zugewandten Seiten. Verglichen mit den übrigen Stellen steigt daher dort der Wasseranteil und mit ihm die Oberflächenspannung. Das lässt die Tropfen auf Kollisionskurs gehen.

© Nate Cira, Adrien Benusiglio, Manu Prakash
Tröpfchen auf einer Glasplatte

Anders jedoch, wenn die Tropfen in unterschiedlichem Maß Propylenglykol enthalten. Dann kommt es zunächst zur Annäherung – bis zu einem ersten Kontakt, über den Flüssigkeit ausgetauscht wird. Dadurch entstehen räumliche Unterschiede in der Oberflächenspannung, und der Tropfen mit dem höheren Wassergehalt (beziehungsweise der höheren Oberflächenspannung) nimmt scheinbar Reißaus, während der andere weiter angezogen wird. Das erlaubte es den Forschern sogar, eine verblüffend simple Sortierung nach Konzentration vorzunehmen: Flüssigkeiten mit einer anderen Konzentration "erkennen", dass ein ankommender Tropfen nicht zu ihnen passt, und stoßen ihn weg.

http://www.youtube.com/watch?v=GBpDf4_r8y8
© Nate Cira, Adrien Benusiglio, Manu Prakash
Sortierung nach Konzentration

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