Warum macht es Wissenschaftlern Spaß, Karamell in Wasser zu schmelzen? Im Labor für Materie und komplexe Systeme (CNRS, Universität Paris Cité) verwenden Forscher der Strömungsmechanik Salz- oder Zuckerblöcke, um die Auswirkungen des Wasserflusses auf lösliche Gesteine zu untersuchen. „Karamell löst sich schneller auf als Kalkstein und bildet in Höhlen Stalaktiten“erklärt Martin Chaigne, Doktorand und Erstunterzeichner eines am 31. Juli in der Zeitschrift veröffentlichten Artikels PNAS.
Normalerweise sind es die Auswirkungen des über das Karamell oder Salz gegossenen Wassers, die bei den in diesem Labor durchgeführten Experimenten im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit stehen, um zu versuchen, die von den Strömungen an den Höhlenwänden gezeichneten Muster zu reproduzieren. Diese geomorphologischen Arbeiten haben es auch ermöglicht zu verstehen, dass diese Mechanismen nicht von der Beschaffenheit des Gesteins abhängen.
Diesmal hängten sie einen Karamellblock unter einen Schwimmkörper, einen hohlen Plastikwürfel, und beobachteten, dass dessen Auflösung als Treibmittel wirkte. Die Ombroskopie-Technik – mit der Sie den Schlagschatten transparenter Objekte sichtbar machen können – zeigt die feinen Schwaden aus zuckerhaltigem Wasser, die nach unten und hinten fließen und den Vortrieb des „Bootes“ bewirken. Es beschleunigt, bevor es sich auf eine Höchstgeschwindigkeit von 5 Millimetern pro Sekunde oder 18 Metern pro Stunde stabilisiert.
Turbulente Wolken unter dem Süßigkeitenteller
Um das Strömungsszenario unter einem Flugzeug zu untersuchen, hatten Martin Chaigne und Michael Berhanu aus demselben Labor die Idee, die Halterung mobil zu machen. Das Team, das an diesem Projekt mit Arshad Kudrolli von der Physikabteilung der Clark University (Massachusetts) zusammenarbeitete, stellte so neun Boote mit einem durchschnittlichen Gewicht von jeweils 33 Gramm her, unter denen ein 7,5 mal 4 Zentimeter großer karamellisierter Kandiszuckerriegel befestigt war Millimeter und 5 Millimeter dick. Sie entschieden sich vor allem für ein asymmetrisches Objekt, um dessen Dynamik studieren zu können. Der Winkel der Baugruppe zur Wasseroberfläche ist entscheidend für die Effizienz des Vortriebs. Bei 22 Grad ist das Gerät am effektivsten, wie die zum Artikel veröffentlichten Videos zeigen.
Die Auflösung von Zucker im Wasser führt zu turbulenten Wolken unter der Bonbonplatte, aber der Bereich nahe der Wasseroberfläche um das Boot herum zeigt keine Lichtbrechung, da gelöster Stoff vorhanden ist, der auf Spannungsgradienten an der Oberfläche hinweisen könnte. Es sind also diese Zuckerwasserfahnen, die beim Zurückgleiten die sie umgebende Flüssigkeit in Bewegung versetzen und eine Konvektionsströmung erzeugen.
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