Warum sammeln sich Teeblätter in der Mitte?

Blick in eine Teetasse – am Boden ein Häufchen aus Teeblättern

Welt der Physik

Nach dem Umrühren von Tee bildet sich in der Mitte der Tasse ein kleines Häufchen aus Teeblättern. Schon Albert Einstein beschäftigte sich mit diesem Teetasseneffekt – heute wird er sogar technisch genutzt.

Wer gerne Tee trinkt, hat die Beobachtung wahrscheinlich schon oft gemacht: Nach dem Umrühren sammeln sich Teeblätter am Boden der Tasse – nicht etwa am Rand, sondern in der Mitte. Um dieses als „Teetasseneffekt“ bekannte Phänomen zu verstehen, lohnt ein näherer Blick auf die Kräfteverhältnisse in der Tasse.

Das Umrühren bewirkt zunächst einmal, dass der Tee in eine horizontale Rotationsbewegung versetzt wird. Durch diese sogenannte Primärzirkulation bekommt die Oberfläche der Flüssigkeit eine Delle – der „Wasserstand“ am Rand ist höher als in der Mitte der Tasse. Diese Form ergibt sich aus dem Zusammenspiel von zwei Kräften. Die erste Kraft ist die durch die Trägheit der Materie bedingte, nach außen gerichtete Zentrifugalkraft. Die zweite Kraft ist die nach unten gerichtete, durch die Gravitation der Flüssigkeitssäule hervorgerufene Druckkraft.

Schematische Darstellung der Strömung in einer Teetasse.

Teetasseneffekt

Am Rand und am Boden der Tasse werden die Moleküle des Tees durch Reibung abgebremst. Dadurch nimmt die Fliehkraft an diesen Stellen ab. Die Druckkraft bleibt hingegen unverändert. Infolgedessen sind die Kräfte – die Druckkraft und die Fliehkraft – dort nicht mehr ausbalanciert. Um das Gleichgewicht zwischen den Kräften wiederherzustellen, verändert sich die Strömung in der Tasse: Die durchs Umrühren bewirkte Primärzirkulation wird durch die sogenannte Sekundärzirkulation überlagert. Der Tee sinkt dabei am Rand der Tasse nach unten, am Tassenboden strömt er in die Mitte und von dort wieder in die Höhe. An der Oberfläche fließt der Tee dann nach außen und taucht am Tassenrand erneut nach unten hinab.

Diese Sekundärzirkulation findet so lange statt, bis der Tee zur Ruhe gekommen ist und wieder eine glatte Oberfläche aufweist. Bis dahin befördert die Sekundärzirkulation auf den Boden gesunkene Teeblätter in die Mitte der Tasse. Da die spezifische Dichte der Blätter etwas über der von Wasser liegt, wandern sie in der Regel nicht gemeinsam mit dem zirkulierenden Tee nach oben. Stattdessen bleiben die Teeblätter an Ort und Stelle – und bilden das charakteristische kleine Häufchen am Tassenboden.

Albert Einstein griff dieses Phänomen sogar in einer seiner Abhandlungen auf. In der 1926 veröffentlichten Publikation „Die Ursache der Mäanderbildung der Flußläufe und des sogenannten Baerschen Gesetzes“ veranschaulichte er die physikalischen Prozesse, durch die sich Flussschlingen bilden, mithilfe des Teetasseneffekts. Tatsächlich treten ähnliche Effekte in vielen Bereichen auf. Ein Beispiel aus der Atmosphäre: In einem Tiefdruckgebiet steigt die Luft auf, in einem Hochdruckgebiet sinkt sie ab. Das liegt jeweils daran, dass die Reibung der Luft am Boden eine Sekundärzirkulation auslöst.

Der Teetasseneffekt eignet sich auch für technische Anwendungen. Beim Bierbrauen lassen sich beispielsweise unerwünschte Schwebstoffe leichter entfernen, wenn sich die störenden Partikel – genau wie in der Teetasse – in der Mitte eines Behälters sammeln. Und in der Medizintechnik nutzt man den Teetasseneffekt, um Blutplasma von roten Blutkörperchen und anderen mikroskopisch kleinen Partikeln zu trennen.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/warum-sammeln-sich-teeblaetter-in-der-mitte/