Regentropfen platzen schon vor dem Aufprall

Physiker analysieren in einer Computersimulation das Wechselspiel zwischen Luftschichten, Auftreffpunkt und Flüssigkeit

Cambridge (USA) - Selbst die Erklärung so alltäglicher Phänomene wie fallende Regentropfen fordert heute noch Physiker heraus. Je nach Fallgeschwindigkeit und Luftdruck zerplatzt der Tropfen und bildet einen kronenförmigen Ring aus feinen Wasserspritzern. Doch dieser Vorgang beginnt nicht - wie bislang angenommen – erst im direkten Kontakt mit dem Auftreffpunkt, sondern unmittelbar darüber auf einem hauchdünnen Luftkissen. Über dieses Ergebnis berichten amerikanische Physiker in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters".

"Die Flüssigkeit steht nicht im Kontakt mit der Oberfläche, sondern verteilt sich über ein sehr dünnes Luftpolster", schreiben Shreyas Mandre und seine Kollegen von der Harvard University in Cambridge. Mit mathematischen Modellen simulierten sie den Aufprall eines etwa zwei Millimeter großen Regentropfens. Diese zeigten, dass bei einer Fallgeschwindigkeit von einigen Metern pro Sekunde die Luft zwischen Tropfen und Auftrefffläche komprimiert wird. Bereits wenige Mikrosekunden vor dem Kontakt mit der Oberfläche breitete sich die Flüssigkeit entlang dieses Luftfilms aus und leitete so das Zerplatzen des Tropfens ein.

Erst durch dieses gleichmäßige Ausbreiten des Tropfens könnte beim Zerplatzen der kronenförmige Ring aus Spritzern effizient entstehen. Doch auch der herrschende Luftdruck spielte dabei eine Rolle. War er zu gering, zerfloss der Tropfen eher auf der Oberfläche ohne eine sichtbare Spritzkrone zu bilden. Diese Folgerungen aus der Simulation stimmen weitestgehend mit Beobachtungen überein, die beispielsweise mit Hochgeschwindigkeitskameras aufgenommen wurden.