Flüssigkeitsschicht

100 Jahre altes Physikrätsel um bewegungslose Luftbläschen gelöst

Luftbläschen in dünner Glasröhre

Ein Bachelor-Student der Physik hat ein 100 Jahre altes Rätsel um Luftbläschen, die in einer engen Glasröhre scheinbar bewegungslos sind und nicht zur Oberfläche aufsteigen gelöst.

Lausanne (Schweiz). In Mineralwasserflaschen und anderen großen Gefäßen ist mit dem bloßen Auge sichtbar, dass Luftbläschen schnell an die Oberfläche aufsteigen. Anders verhält es sich hingegen in nur wenigen Millimeter dicken Röhren, in denen Luftbläschen scheinbar bewegungslos an derselben Position verharren. Welcher Prozess dafür verantwortlich ist, dass bei dieser Beobachtung die Gesetze der klassischen Physik außer Kraft gesetzt scheinen, beschäftigt Physiker wie Francis Bretherton seit mehr etwa 100 Jahren.

Die bisherigen Forschungsansätze darunter auch der von Bretherton konzentrierten sich bei der Suche nach einer Erklärung des Phänomens auf die Form der Blase. Andere Physiker sahen hingegen die ultradünne Flüssigkeitsschicht zwischen der Luftblase und der Glaswand des Röhrchens als Ursache dafür, dass das die Gasblase nicht an die Oberfläche aufsteigt. Einen Beweis für eine dieser Theorien konnte trotz des Alters des Rätsels aber nicht erbracht werden.

Neues Messverfahren löst Rätsel der Physik

Laut eines im Fachmagazin Physical Review Fluids veröffentlichten Artikels hat Wassim Dhaouadi, ein Bachelor-Student der Physik an der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) nun eine Erklärung für das Phänomen gefunden. Dazu hat Dhaouadi erstmals mit neuen Messverfahren den ultradünnen Flüssigkeitsfilm zwischen der Luftblase und der Glaswand des Röhrchens ausgemessen und dessen Eigenschaften detailliert dokumentiert. Dabei zeigte sich, dass die Luftblase gar nicht bewegungslos ist, sondern nur so langsam aufsteigt, dass dies mit dem Auge nicht erkennbar ist.

Die nur wenige Millionstel Millimeter dünne Flüssigkeitsschicht wurde mit Hilfe eines interferometrisches Verfahren gemessen. Dies ist ein Verfahren, bei dem Licht auf die Luftblase geschickt wird. Anhand der Interferenz von den Reflexionen des Lichts von der Blasenoberfläche und der Innenfläche des Glasrohrs war es möglich, die dicke der Flüssigkeitsschicht zu bestimmen. In der Physik handelt es sich dabei um einen Meilenstein, der Grundlagenwissen für weitere Forschungsansätze liefert, die sich beispielsweise mit Flüssigkeiten in biologischen Systemen beschäftigen.

Physical Review Fluids, doi: 10.1103/PhysRevFluids.4.123601

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