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Tropfen



    Ein Tropfen ist eine in sich geschlossene flüssig/gasförmig- oder flüssig/flüssig-Phasengrenzfläche. Handelt es sich um eine flüssig/flüssig-Phasengrenzfläche, müssen zwei nichtmischbare Flüssigkeiten vorhanden sein, zwischen denen sich diese Grenzfläche ausbilden kann. Im Gleichgewicht ist die Blase aufgrund der Oberflächenspannung γ kugelförmig, da die Oberfläche Ao vermindert wird, um die Oberflächenenergie

E_o = A_o \cdot \gamma

zu verringern.

Der Tropfen ist durch den Einfluss der Oberflächenspannung bestrebt, Kugelform zu erlangen. Dies verhindern jedoch seine Zähigkeit, die Trägheit, die Luftreibung und andere äußere Kräfte, so dass er sich über einen leicht schwingenden Tropfen zur kugelförmigen Gestalt verformt.

Das Komplement zum Tropfen ist die Blase.

Inhaltsverzeichnis

Tropfenform

Im allgemeinen Sprachgebrauch bezeichnet Tropfenform eine zwei- oder dreidimensionale Form die auf der einen Seite rund ist und auf der anderen Seite spitz zuläuft. Entgegen der allgemeinen Annahme hat ein Tropfen zu keinem Zeitpunkt „Tropfenform“.

Tropfenbildung

 

Wenn sich ein Tropfen zu bilden beginnt entsteht wie erwartet eine Einschnürung. Doch anstatt sich einfach weiter zu verjüngen, so dass eine „Tropfenform“ entstehen würde, zieht sie sich in die Länge. Es entsteht ein fadenförmiges Gebilde, an dessen Ende ein fast kugelförmiger Tropfen hängt. Dort wo der „Faden“ auf den Tropfen trifft bildet sich erneut eine Einschnürung. Wenn die Viskosität der Flüssigkeit hoch genug ist (höher als die von Wasser), zieht sich auch dies Einschnürung wieder in die Länge. Je höher die Viskosität desto häufiger wiederholt sich dieser Prozess. Irgendwann wird dies jedoch instabil und der Tropfen löst sich vom Faden. Aus dem Faden bilden sich teilweise weitere, kleinere Tropfen.

Das Ablösen eines Tropfen kann ohne weitere technische Hilfsmittel gut an einer Lavalampe beobachtet werden.

Regentropfen

Regen ist eine Form des Niederschlages, also kondensierter Wasserdampf. Auch Regentropfen haben keine „Tropfenform“. Bei einer Tropfengröße bis zu 0,5 mm sind sie kugelförmig. Normale Regentropfen von 2-3 mm Durchmesser sind oben halbkugelförmig und unten durch den Luftwiderstand eingedellt. Als Zwischenstadium findet man Tropfen, die unten abgeflacht sind. Große Tropfen aus Gewitterregen (max. 9 mm) werden instabil und zerreißen durch den Luftwiderstand. Bei einem Tropfenradius von 0,05 bis 0,25 mm spricht man von Nieselregen.

Die Tropfengröße innerhalb des Niederschlags ist statistisch verteilt, wobei sich verschiedenen Regenintensitäten ein jeweiliges Maximum zuordnen lässt.

Druck

Der Tropfeninnendruck p hängt von der Oberflächenspannung (oder allgemeiner Grenzflächenspannung) γ der Flüssigkeit (eigentlich der Flüssig/Gas-Grenzfläche) und dem Radius r, sowie dem Luftdruck ab. Genaugenommen ist p die Differenz zwischen dem kapillaren Krümmungsdruck pK und dem von außen wirkenden statischen Druck ps. Der kapillare Krümmungsdruck ergibt sich zu

p_K = 2  \gamma / r \!.

Kleine Tropfen haben also einen hohen Innendruck. Ist der Tropfen nicht rund, muss man die zwei zueinander senkrechten und extremalen Radien r1 und r2 des Oberflächenelements, an welchem pK wirkt, betrachten und erhält

p_K = \gamma  ( 1 / r_1 + 1 / r_2 ) \!.

Schwingende Wassertropfen

Ein Wassertropfen, welcher mit einer Frequenz zwischen 30 und 120 Hertz in Schwingung versetzt wird, kann bei der richtigen Temperatur, Luftdruck, und vielen anderen Faktoren geometrische, plastische Formen erzeugen. Die Auf- und Abbewegung der Trägerplatte lässt das Wasser "tanzen".

Siehe auch

Literatur

  • Ian Stewart: Die Tränenform In: Spektrum der Wissenschaft 03/1996, Spektrum der Wissenschaft Verlag, Seite 10, ISSN 0170-2971
 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Tropfen aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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