Luft dichter als Wasser?

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Hallo Experten der Naturwissenschaften,

kürzlich war ich in einem - ich glaub, es war ein Möbelladen, da stand dort zur Dekoration eine innen beleuchtete durchsichtige Säule, gut einen Meter hoch, mit Wasser drin und von unten aufsteigenden Luftblasen. Gibt’s ja zur Zeit recht häufig zu sehen.

In dieser Säule waren aber keine bunten Plastik-Fische, sondern bunte Kugeln aus mir unbekanntem Material, die, so sah es aus, von den Luftblasen nach oben bugsiert wurden.

Und jetzt kommt’s! Oben wurden die Kugeln von den Luftblasen an den Rand gedrängt. Dort waren an gegenüber liegenden Seiten je eine ca. 10 mm breite Wendel (glatt, nicht Treppe!), auf denen die Kugeln nach unten rollten! Im Wasser! Also müssen die Kugeln dichter als Wasser gewesen sein.

Unten angekommen wurden sie wieder zur Mitte geleitet und die aufsteigenden Luftblasen brachten sie erneut nach oben. Faszinierend! Und ich dachte immer, Wasser mit Luftblasen dieser Größe (ca. 3 bis 4 mm) hätte eine geringere Dichte als Wasser ohne Luft.

Ist Oberflächenspannung die Erklärung oder was ist des Rätsels Lösung?

Fragt wissbegierig grüßend
Pat

#2

Hallo.

Unten angekommen wurden sie wieder zur Mitte geleitet und die
aufsteigenden Luftblasen brachten sie erneut nach oben.
Faszinierend! Und ich dachte immer, Wasser mit Luftblasen
dieser Größe (ca. 3 bis 4 mm) hätte eine geringere Dichte als
Wasser ohne Luft.

Dass die Kugeln aufsteigen hat mit der Dichte nichts zu tun, die aufsteigenden Luftblasen geben einfach ihren Impuls an die Kugeln ab, die dadurch nach oben gedrückt werden.
Dass die Balsen überhaupt ihren Impuls abgeben können, liegt wohl tatsächlich daran, dass die Bläschen über die Oberflächenspannung verbunden eine Einheit bilden.

Gruß
Oliver

#3

Hallo Pat,

Und jetzt kommt’s! Oben wurden die Kugeln von den Luftblasen
an den Rand gedrängt. Dort waren an gegenüber liegenden Seiten
je eine ca. 10 mm breite Wendel (glatt, nicht Treppe!), auf
denen die Kugeln nach unten rollten! Im Wasser! Also müssen
die Kugeln dichter als Wasser gewesen sein.

Unten angekommen wurden sie wieder zur Mitte geleitet und die
aufsteigenden Luftblasen brachten sie erneut nach oben.
Faszinierend! Und ich dachte immer, Wasser mit Luftblasen
dieser Größe (ca. 3 bis 4 mm) hätte eine geringere Dichte als
Wasser ohne Luft.

Im Prinzip ja, aber schau mal genau hin, um wieviel der Wasserspiegel in so einer Säule steigt, wenn Du die Luftpumpe einschaltest. Der Anstieg ist relativ gering, was bedeutet, daß sich die mittlere Dichte nur unwesentlich verringert.
Dafür gibt es mindestens 2 gegenläufige Effekte. Die Luftblasen verursachen eine aufsteigende Wasserströmung in der Rohrmitte, die die Kugeln nach oben treibt. An der Oberfläche geht diese Strömung nach außen und an der Außenseite wieder nach unten. Weiterhin setzen sich an einer geeignete Oberfläche ständig Luftblasen an der Kugel fest und bewirken einen zusätzlichen Auftrieb. An der Oberfläche lösen sich dann die Luftblasen wieder ab und die Kugeln können nach unten rollen.

Jörg

#4

Hallo.

Dass die Kugeln aufsteigen hat mit der Dichte nichts zu tun,
die aufsteigenden Luftblasen geben einfach ihren Impuls an die
Kugeln ab, die dadurch nach oben gedrückt werden.

da hab ich ein Problem: Impuls ist Masse mal Geschwindigkeit. Na gut, Geschwindigkeit ist da, aber Masse? Luft in Wasser?

Dass die Balsen überhaupt ihren Impuls abgeben können, liegt
wohl tatsächlich daran, dass die Bläschen über die
Oberflächenspannung verbunden eine Einheit bilden.

Gruß
Oliver

zweifelnde Grüße
Pat

#5

klingt plausibel! Danke und *
.

#6

da hab ich ein Problem: Impuls ist Masse mal Geschwindigkeit.
Na gut, Geschwindigkeit ist da, aber Masse? Luft in Wasser?

Das ist eigentlich das selbe was Jörg geschrieben hat, nur eben mikroskopisch betrachtet: Denn mikroskopisch hast du nämlich einen Impulstransport der Teilchen und Blasen. Und makroskopisch nennt man das halt Strömungsfeld.

#7

Hallo Experten der Naturwissenschaften,

Darf ich als Waldmensch dazu eine einfache Erklärung abgeben ?

Wenn die Kugeln schwerer sind als Wasser, würden sie jeweils beim Zusammenstoss mit einer aufsteigenden Luftblase einwenig absinken.Sind zu viele Luftblasen am Aufsteigen, werden die Kugeln so oder so unten bleiben.
Sind die Kugeln leichter als Wasser werden sie oben bleiben.

Die Strömungsgeschwindigkeit müsste für schwerere Kugeln sehr hoch sein, was beim erwähnten Model sicher nicht vorlag.

Warum ich das weiss:
vor ca.30 Jahren schwamm ich einmal über einen Wasserfall in die schäumende Gischt, kam nicht mehr hoch, dachte noch jetzt kommst in die Hölle. Am Boden (3m Tief) angekommem, krabelte ich aus dem Strudel, das war sehr lehrreich und übte dies noch einige male. Bin überzeugt viele Leute wissen nicht, dass man im „Wasserschaum“ kläglich unter geht.

Gruss
Fritz
a.d.Uw.

#8

Hallo Fritz,

dein „erschwommenes“ Erlebnis ist ganz genau das, woran ich spontan dachte, als ich diese Säule sah. Daher auch mein etwas provokanter Titel im Ausgangsposting.

Nun gehen die anderen Antworten auf dieses Phänomen nicht ein, was aber kein großes Problem ist, denn wenn ich aus den Antworten jeweils die Teile rauspicke, die für mich die höchste Plausibilität haben, komme ich zu folgendem Fazit:

  1. Es sind hier zu wenig Luftblasen, um eine deutliche Verringerung der Wasserdichte zu erreichen.
  2. wenn eine Luftblase an einer Kugel „andockt“, hat das System Kugel plus Blase eine geringere Dichte. Ergebnis: Auftrieb.
  3. die aufsteigenden Blasen verursachen eine nach oben gerichtete Wasser-Strömung. Ist nun die Dichte der Kugeln nur wenig höher als die des Wassers, werden die Kugeln nicht nur von gelegentlich anhaftenden Luftblasen, sondern auch von der erzeugten Strömung nach oben getrieben.
  4. das in der Mitte aufsteigende Wasser muss nun an der Säulenwand wieder nach unten strömen, wobei es die nach unten über die Wendel rollenden Kugeln möglicherweise noch antreibt. Das Ganze wäre dann also auch denkbar, wenn die Kugeln die gleiche Dichte wie das Wasser hätten.

Gruß
Pat