Zähelastische Flüssigkeitsstrahlen bilden abstrakte Formen

Läuft Wasser aus dem Wasserhahn, bildet sich ein runder, zylinderförmiger Wasserstrahl, der auf der Oberfläche der Spüle einen Kreis bildet. Für viskoelastische Flüssigkeiten ändert sich dieses Verhalten: Ein Forscherteam der Universität Paris-Diderot hat bei diesen gelartigen Flüssigkeiten beobachtet, dass an den zylinderförmigen Flüssigkeitsstrahlen flügelartige Gebilde entstehen, wenn man sie bei hohen Geschwindigkeiten auf glatte Flächen aufträgt.

Zähe Flüssigkeit verformt sich beim Auftragen

Henri Lhuissier und seine Kollegen schickten eine Mischung aus Polyethylenglycol und Wasser durch eine Düse, wobei sie die Geschwindigkeit des Gemischs und den Abstand von der Düse zum Untergrund variierten. Dabei konnten sie beobachten, wie bogenförmige Flügel entlang des Flüssigkeitsstrahls entstanden. Die Anzahl der Flügel nahm mit steigender Geschwindigkeit und abnehmender Weglänge zu. Zudem haben die Forscher bis zu vierunddreißig Ecken gezählt.

Laut Lhuissier ließen sich die Flügel durch das Entgegenwirken zwischen Oberflächenspannung und Elastizität erklären. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist je nach Position innerhalb des Flüssigkeitsstrahls unterschiedlich. Sie ist kleiner für den äußeren Bereich und größer im Inneren. Durch diesen Geschwindigkeitsunterschied dehnt sich der Flüssigkeitsstrahl einerseits aus, andererseits zieht er sich aufgrund der Elastizität wieder in seine ursprüngliche Form zusammen. Als Ergebnis der beiden entgegengesetzten Kräfte ergeben sich die beschriebenen Flügel. Aus dem experimentellen Zusammenhang zwischen der Anzahl der Zacken, der Geschwindigkeit und des Abstandes hat das Forscherteam eine mathematische Formulierung entwickelt, um das Auftragen solcher Flüssigkeiten in Zukunft zu verbessern.