Nach 500 Jahren gelöst

„Leonardos Paradoxon“: Warum manche Luftblasen im Wasser spiralförmig aufsteigen

Nicht alle Luftblasen steigen im Wasser gerade nach oben.

Nicht alle Luftblasen steigen im Wasser gerade nach oben.

Etwa 500 Jahre hat es gedauert, jetzt ist es gelöst: „Leonardos Paradoxon“. Es geht zurück auf den Maler und Universalgelehrten Leonardo da Vinci. Er hatte beobachtet, dass sich Luftblasen im Wasser unterschiedlich bewegen. Einige steigen gerade auf, andere bewegen sich im Zickzack oder in einer Spirale. Warum? Darauf hatten Forscherinnen und Forscher bislang keine eindeutige Antwort.

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Miguel Ángel Herrada und Jens G. Eggers haben nun eine Erklärung für die Luftblasenbewegung geliefert. Ihre Ergebnisse haben sie vor wenigen Tagen in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ präsentiert. Demnach hängt es von der Größe der Luftblasen ab, wie sie sich im Wasser bewegen.

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Dieser Grenzwert bringt Luftblasen ins Taumeln

„Wir zeigen nun einen neuen Mechanismus, der auf dem Zusammenspiel von Strömung und Blasenverformung beruht“, schreiben die beiden Forschenden von der spanischen Universität Sevilla und der britischen University of Bristol. Wenn der Kugelradius der Luftblasen 0,926 Millimeter übersteigt, ändert sich ihre Bewegung – von geradlinig zu spiralförmig, wie von Leonardo da Vinci beobachtet.

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Leonardo da Vincis Skizze, die die spiralförmige Bewegung einer aufsteigenden Blase veranschaulicht.

Leonardo da Vincis Skizze, die die spiralförmige Bewegung einer aufsteigenden Blase veranschaulicht.

Durch ihre Größe verändert sich wiederum die Krümmung. Die Luftblasen bekommen eine „Delle“, die sich auf die Blasenbahn und die Aufstiegsgeschwindigkeit auswirkt. Sie beginnen, sich im Wasser mit der stärker gekrümmten Seite nach oben zu drehen. Je höher sie steigen, desto mehr nimmt der Wasserdruck ab. Nach einer Drehung befinden sich die Luftblasen wieder in ihrer Ausgangsposition – und der Zyklus beginnt von vorne.

Die Ergebnisse helfen dabei, die Bewegung von Partikeln zu verstehen. „Die Bewegung von Blasen im Wasser spielt eine zentrale Rolle für eine Vielzahl von Naturphänomenen, von der chemischen Industrie bis zur Umwelt“, heißt es in der Studie – und weiter: „Dies öffnet die Tür zur Untersuchung kleiner Verunreinigungen, die in den meisten praktischen Situationen vorkommen und ein Teilchen zwischen einem Festkörper und einem Gas nachahmen.“

RND/lb

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