Wenn Schweres oben schwimmt

News: Wenn Schweres oben schwimmt

Raten Sie mal, was in einem Schwimmbecken voll Wasser schneller zu Boden sinkt: ein Amboß oder ein Rettungsring. Die Frage mag lächerlich erscheinen, doch wenn wir das Becken mit Salz statt mit Wasser füllen und alles mit einem geeigneten Mechanismus schütteln, dann passieren die seltsamsten Dinge. Selbst Physiker vermögen dann nicht vorauszusagen, welche Körper untergehen und welche an die Oberfläche steigen.

Salze, Sand und andere körnige Substanzen verhalten sich manchmal recht merkwürdig. Eine Mischung verschieden großer Nüsse in einer Dose kann durch Schütteln ganz einfach sortiert werden: Die Walnüsse wandern nach oben, während die winzigen Erdnüsse sich am Boden ansammeln. Eine Erklärung dafür sehen Physiker in den kleinen Hohlräumen, die beim Rütteln entstehen. Kleine Körper können schnell hineinschlüpfen, wo große noch längst keinen Platz finden. So turnen die Erdnüsse langsam aber sicher stufenweise nach unten.

Als Troy Shinbrot von der Rutgers University in Piscatwaway, New Jersey, diesen Effekt einer Gruppe von Gutachtern, die über eine weitere Förderung seiner Arbeit entscheiden sollten, demonstrieren wollte, passierte jedoch etwas ganz anderes. Shinbrot hatte ein paar Muttern aus Plastik und Metall in einen Behälter mit Salz geworfen und schüttelte. Die großen Muttern schwammen nur dann an der Oberfläche der kleinen Salzkristalle, wenn sie aus Metall waren. Aus irgendeinem Grund sanken die leichteren Plastikstücke jedoch zum Gefäßboden (Physical Review Letters vom 16. November 1998, Abstract). "Das ist total verrückt", meint der Wissenschaftler, denn immerhin waren beide Mutter-Typen gleich geformt.

Um zu testen, ob das unterschiedliche Gewicht für den Auftrieb oder das Absinken verantwortlich war, füllte Shinbrot Ostereier aus Plastik mit Bleikugeln und schaute ihnen zu, wie sie sich in Behältern mit winzigen Plastikperlen verhielten, wenn das Ganze gerüttelt wurde. Wieder gingen die leichten Eier unter, während die schweren obenauf schwammen. Der Physiker nimmt an, daß das größere Trägheitsmoment der massereicheren Eier diese daran hindert, eine kurzfristige Chance, ein Stück tiefer zu sinken, auch rechtzeitig zu ergreifen. Mit Hilfe eines Computermodells konnte er diese Vermutung stützen.

Das erklärt jedoch noch nicht, warum die leichteren Eier versinken. Heinrich Jaeger von der University of Chicago glaubt, daß die Vibration durch Reibung an den Gefäßwänden einen Kreislauf des Mediums verursacht, der die Eier wie ein Strudel mitreißt. Er will demnächst seine eigenen Versuche anstellen, in denen er Gefäße mit weiteren Öffnungen verwendet. Dadurch sollten solche Flüsse geringer sein. "Ich kann mir überhaupt nicht vorstellen, daß es etwas mit der Masse zu tun haben sollte", meint er.