Wie Tropfen zusammenfließen

Winzige Tropfen vereinigen sich ununterbrochen. Es geschieht, wenn Regentropfen über ein Blatt rinnen, sich flüssiger Lack zu einer geschlossenen Schicht vereint oder sich Chemikalien in einem Reaktionsgefäß vermischen.

Massachusetts (USA) - Dieses Wechselspiel aus Oberflächenspannung und Viskosität von Flüssigkeiten scheint komplett verstanden. Doch amerikanische Physiker stießen auf eine nicht unbedeutende Wissenslücke. Mit ihren Versuchen, die sie im Fachblatt "Physical Review Letters" veröffentlichten, wollen sie diese nun schließen.

"Der Einfluss von Geometrie und Materialeigenschaften auf das Zusammenwachsen auf Oberflächen blieb bislang verworren", schreiben Bill Ristenpart von der Harvard University und seine Kollegen. Daher schauten sie sich das Verhalten von Siliconöl-Tropfen auf einer glatten Polystyrol-Oberfläche unter dem Mikroskop genauer an. Diese hochviskose Flüssigkeit rinnt so langsam, dass das Zusammenfließen von Tropfen über mehrere Sekunden genau verfolgt werden konnte.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass nach dem ersten Kontakt beider Tropfen das Zusammenfließen nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit, sondern immer langsamer abläuft. Zusätzlich spielt die Tropfenform für die Vereinigung eine zentrale Rolle. Je höher der Tropfen und je stärker die Krümmung seiner Oberfläche, desto schneller vollzieht sich das Zusammenfließen. Beide Zusammenhänge konnten Ristenpart und Kollegen in ein schlüssiges mathematisches Formelwerk pressen.

Scheint es sich bei diesem Experiment auf den ersten Blick um eine detailsverliebte Spielerei von Physikern zu handeln, könnte es doch handfeste technische Auswirkungen haben. Denn wenn die zeitlichen Abläufe von glatten Flüssigkeitsfilmen -- gebildet aus einzelnen Tropfen -- optimiert werden, ließen sich Lackierprozesse beschleunigen oder chemische Reaktionen mit winzigen Flüssigkeitsmengen exakter kontrollieren.