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Obwohl ein wassergefüllter Luftballon beim Fall auf eine Tischplatte oder den Boden faszinierende Wellenmuster erzeugt, begann sich die Wissenschaft erst vor ein paar Jahren für dieses Phänomen zu interessiert. Der erste wissenschaftliche Artikel dazu wurde 2014 von Forschern der britischen Elite-Universität Cambridge veröffentlicht. Ihre Schlussfolgerung: Die Wellen auf der Ballonoberfläche entstehen nach einem ähnlichen Mechanismus wie kurzwellige Wasserwellen.
Kurz- oder langwellige Wellen - wer ist schneller?
Bei großen Wellenlängen, also bei einem Abstand zwischen den einzelnen Wellenbergen, der größer als ein paar Zentimeter ist, bewegen sich langwellige Wasserwellen schneller fort, als kurzwellige. Das kann man beobachten, wenn man einen Stein in einen Teich wirft. Wenn man sich aber im Slow-Motion-Video genau ansieht, was auf der Ballonoberfläche passiert, ist es dort genau umgekehrt: die kurzwelligen, kleinen Wellen sind schneller als die langwelligen, größeren. Aber wie kann das sein? Für kurzwellige Wasserwellen, also die mit einem Abstand zwischen den Wellenbergen von nur ein paar Zentimetern oder weniger, gelten andere physikalische Gesetze. Hier bewegen sich die kurzwelligen Wellen schneller fort, als die langwelligen! Das kann man auf einer Wasseroberfläche erkennen, wenn ein kleines Objekt, wie etwa ein Wassertropfen auf sie fällt. Die kurzen Wellen laufen den langen weg – wie beim wassergefüllten Ballon.
Physiker nutzen das Luftballon-Modell um ihre Formeln zu testen
Aber wieso beobachten ernstzunehmende Physiker wassergefüllte Luftballons? Zum einen vergleichen sie die beobachteten Wellenmuster mit denen, die sie anhand ihrer Formeln berechnen. Wenn diese die Ergebnisse der Experimente korrekt vorhersagen, können sie ihre Formeln dann auch auf andere, verwandte Phänomene anwenden. Wie wassergefüllte Luftballons verhalten sich zum Beispiel auch kleine Tröpfchen. Sie werden von der sogenannten Oberflächenspannung zusammengehalten. Diese erzeugt eine Art elastischer Haut auf der Oberfläche, ähnlich wie die Gummihülle des Luftballons. Jedes Mal wenn also ein kleiner Regentropfen auf einer nassen Straße hochhüpft, würde man in Zeitlupe ähnliche Wabbelringe sehen, wie auf wassergefüllten Luftballons. Wenn ihre Formeln stimmen, können die Physiker berechnen, ob ein Tröpfchen den Schwingungen trotzt oder zerplatzt. Praktisch ist das zum Beispiel für die Konstruktion von Triebwerken für Überschalljets interessant. In ihnen soll der Treibstoff zu möglichst kleinen Tröpfchen zerstäubt werden, damit er optimal verbrennt.
Autor : FNR
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