Physics 4 you Mittelstufenaufgabe
Teetassenwirbel
Heute soll es um einen interessanten Effekt gehen, der beim Rühren in einer Tasse mit losem Tee oder Kaffesatz zu beobachten ist. Wir untersuchen das Verhalten von einer Flüssigkeit, die in Bewegung ist.
Physiker nennen dieses Themengebiet auch Fluiddynamik.
Bei diesem Experiment lernen wir einen Trick kennen, der zum Beispiel Ärzten dabei hilft Blutproben zu untersuchen oder der verwendet wird um Wasser von Sand und Schmutz zu befreien.
Man kennt ihn zum Beispiel als "Teetassenzyklon", und schon der große Physiker Albert Einstein hat mal einen Vortrag darüber gehalten.
Woher der Teetassenzyklon seinen Namen hat und wie du ihn selbst erzeugen kannst, erfährst du in folgendem Versuch.
Teetassenwirbel
Wie verhalten sich lose Teeblätter, wenn du erst kräftig umrührst und dann den Löffel plötzlich aus der Tasse ziehst?
- Die Blätter sammeln sich am Rand der Tasse.
- Die Blätter sammeln sich in der Tassenbodenmitte.
- Die Blätter werden unordentlich über den Tassenboden verteilt.
Lösung:
Wenn du bei der Durchführung des Experimentes alles richtig gemacht hast, konntest du hoffentlich beobachten wie sich der Tee genau in der Tassenmitte in einem kleinen ordentlichen Häufchen gesammelt hat.
Richtig ist also Antwort b)!
Aber woran liegt das? Wenn du das Teewasser umrührst, wird es durch die sogenannte Zentrifugalkraft (Im Bild Fz) nach außen gedrückt.
Dadurch sammelt sich am Tassenrand mehr Wasser als in der Tassenmitte, es entsteht dort ein Überdruck (Im Bild D).
Während du gleichmäßig rührst halten sich der Druck, der das Wasser in die Tassenmitte drückt, und die Zentrifugalkraft genau die Waage.
Sobald du aber den Löffel aus der Tasse ziehst wird die Drehung der Flüssigkeit immer langsamer.
Besonders am Boden der Tasse wird sie schnell durch die Reibung gebremst. Dadurch nimmt die Zentrifugalkraft ab.
Der Überdruck bleibt dagegen noch ein bisschen länger bestehen. Die Teeblätter, die langsam zu Boden sinken werden von ihm erfasst und genau in die Tassenmitte gedrückt.
So kommt unser Teehügel zu Stande!