Stabilität ringförmiger Luftblasen im Wasser

Wissenschaft Physik
#1

Hallo liebe Experten,

aus aktuellem Anlass (Galileo) interessiert mich, warum ringförmige Luftblasen im Wasser überhaupt so stabil sind und nicht zu kugelförmigen Blasen kollabieren. In diesem Video http://www.youtube.com/watch?v=TMCf7SNUb-Q&NR=1 sieht man, dass die Ringe auch vertikal stabil sind und sich dennoch in alle Richtungen ausdehnen, statt sich nach oben hin aufzulösen.

Ich finde das absolut faszinierend und das nicht nur vom ästhetischen Standpunkt her, sondern auch vom physikalischen. Leider hab ich von Physik nur die Ahnung, die mir damals in der Schule vermittelt wurde, daher wäre ich für eine anschauliche und formelarme Erklärung sehr dankbar.

Gruß,

Anja

#2

Hallo!

aus aktuellem Anlass (Galileo) interessiert mich, warum
ringförmige Luftblasen im Wasser überhaupt so stabil sind und
nicht zu kugelförmigen Blasen kollabieren. In diesem Video
http://www.youtube.com/watch?v=TMCf7SNUb-Q&NR=1 sieht man,
dass die Ringe auch vertikal stabil sind und sich dennoch in
alle Richtungen ausdehnen, statt sich nach oben hin
aufzulösen.

Ein wirklich faszinierendes Video!

Zu Deiner Frage: Die Oberflächenspannunung zwichen Wasser und Luft ist umso größer, je kleiner der Krümmungsradius ist. Wassertropfen Luftblasen und dergleichen formen sich immer so, dass die Oberflächenenergie minimal ist. Diese hängt von der Oberflächenspannung und der Größe der Oberfläche ab. Bei einem Torus gibt es nun zwei gegenläufige Effekte: Wenn er sich zusammenziehen würde, dann würde sich einerseits die Oberfläche verringern, andererseits der Krümmungsradius der Innenseite verkleinern und damit die Oberflächenspannung steigen.

Es ist möglich, dass beide gegenläufigen Effekte ein stabiles oder indifferentes Gleichgewicht ergeben und dafür sorgen, dass sich der Torus nicht verformt.

Vielmehr als die Stabilität der Luftblasen wundert mich aber die Tatsache, dass sie anscheinend nicht aufsteigen. Daher vermute ich, dass von Delfinen hier starke Wasserströmungen erzeugt werden, die man natürlich im Film nicht sehen kann. Die Wirbel, die dabei entstehen, können die Ringe ebenfalls stabilisieren. Das kennt man ja von Rauchringen, die manche Raucher in die Luft zaubern können.

Michael

#3

Diese Luftringe halten sich durch die Wasserströmung und Verwirbelung.
Genauso wie Rauchringe aus dem Mund von geschickten Rauchern.

Der Effekt ist folgender:

Wenn Wasser (oder ein Gas) sich um ein Zentrum schnell dreht, dann gehen schwerere Bestandteile durch die großere Fliehkraft nach außen und die leichteren (hier Luft) halten sich im Inneren.
Einfachste Übung ist das Umrühren des Kaffees in der Tasse. je schneller Du rührst, um so mehr bildet sich ein Lufttrichter im Zentrum der Tasse.

Nächste Übung wäre einen glimmenden Span oder eine brennende Zigarette so zu halten, daß die Glut senkrecht nach oben zeigt. (Im Zimmer bei möglichst keiner Luftbewegung)

Man sieht den Rauch infolge der leichteren, wärmeren Luft senkrecht aufsteigen. Nun folgt man mit der Glut dem Rauch mit der gleichen, bis etwas schnelleren Geschwindigkeit und kehrt apruppt die Bewegungsrichtung um. Dabei entsteht ein ringförmiger Luftwirbel und man kann den gleichen Effekt beobachten wie bei den Delfinen. Die Bewegungsrichtung der Luft im Wirbel läßt sich beim Rauch allerdings besser erkennen.

#4

Diese Luftringe halten sich durch die Wasserströmung und
Verwirbelung.
Genauso wie Rauchringe aus dem Mund von geschickten Rauchern.

Das klingt zwar erstmal plausibel, aber trotz meines begrenzten Wissens kann ich mir das nicht vorstellen. Rauchringe entstehen durch Verwirbelung, das seh ich auch so, aber deswegen lösen sie sich auch langsam auf. Die Torusblasen dagegen sind immer scharf abgegrenzt und Fliehkräfte setzen eine Drehung voraus. Ich glaube nicht, dass der Delfin beim Ausstoß der Luft diese in Drehung versetzt. Davon abgesehen ist es nach dem was ich über Impuls weiß, unwahrscheinlich, dass die leichte Luft im Wasser eine derartige Strömung verursacht, wie Rauch in Luft, wo die Dichte in etwa gleich ist.

Da erscheint mir die Erklärung mit der Oberflächenspannung von Michael irgendwie plausibler, auch wenn ich immer noch versuche, die einzelnen Details davon zu verstehen.

#5

Die Drehung des Wassers entsteht nicht durch den Ausstoß der Luft, sondern durch einen geziehlten Schlag mit der Schwanzflosse. Diese Strömung ist für uns nicht sichbar. Der Delfin macht eine Schwanzbewegung, dreht sich um und pustet ins Zentrum der Strömung immer wieder Luftblasen, bis die Strömung verblasst.

1 Like
#6

Da muss ich leider wieder widersprechen. Bei youtube gibt es auch ein paar verschiedene junge Männer, die das sehr gut beherrschen, auch ohne Schwanzflosse. Ich denke, die Bewegung die du meinst, bewirkt lediglich, dass der Torus in eine bestimmte Richtung schwebt.

#7

Ja sie blasen die Luft in eine Strömung, diese machen sie aber nicht mit der Blase, sondern allenfalls mit der Bewegung des eigen Körpers. Da reicht es , wenn man den Kopf kurz nach vorn und wieder hinten zieht.

Die Strömung ist ähnlich wie die, die eine Düse unter Wasser machen würde, geradlinig in eine Richtung, dann entsteht am Rand der Strömung eine Verwirbelung. Wasser und Luft sind so extrem in der Dichte, daß die Luft um Zentrum des Wirbels bleibt. Wenn man es sehen könnte, dann würde man sehen, daß sich das Wasser um den ringförmigen Luftschlauch rasant dreht.

#8

Hallo!

Ich habe einige deiner Beiträge hier und weiter oben und unten gelesen und merke: Du kannst Zusammenhänge sehr gut und logisch richtig erklären! Soll keine Schmeichelei sein, aber ich dachte, es interessiert dich vielleicht.

Grüße

Andreas

#9

OT
Danke, das kann aber manchmal ein Problem sein.
Wenn ich völlig falsch liege, so wie hier:
/t/100-schloesser-an-der-schnur-yoni-s-riddles-10-15…
dann glaubt mir das jeder (bis auf ein paar Ausnahmen), und wird als wahr und erledigt angesehen.

Ich glaub ich wäre ein guter Politiker.
Ganz frech grinsend.