Warum läuft Wasser an Gegenständen hinab?

Hallo,

mein Sohn fragte gerade, warum fließendes Wasser manchmal nicht senkrecht nach unten läuft, sondern z.B. an einem Löffel (ins Wasser gehalten) entlang bzw. warum bei tröpfelndem Wasser der letzte Tropfen an der Hand entlang läuft und nicht direkt hinunter tropft.

Meine Physik-Stunden sind schon länger her und ich hab keine Ahnung, wie ich das erklären kann. Hat das etwas mit Anziehungskraft zu tun? Mit Oberflächenspannung?

Wer erklärt uns das auch für Laien verständlich?

Danke für Antworten -

Sams

Meine Physik-Stunden sind schon länger her und ich hab keine
Ahnung, wie ich das erklären kann. Hat das etwas mit
Anziehungskraft zu tun? Mit Oberflächenspannung?

Anziehungskraft gewissermaßen ja. Das Stichwort für solche Anhaftungseffekte heisst „Adhäsion“, siehe z.B. http://de.wikipedia.org/wiki/Adh%C3%A4sion

Viele Grüße,
Sebastian

Hallo,

ja, das hat mit der Adhäsion zu tun. Die Wassermoleküle „kleben“ etwas an der Oberfläche. Sie können sich dann leichter an der Oberfläche entlang bewegen als sich von ihr zu trennen.

Deinem Sohnemann kannst Du das mit einem Filzball (zB. Tennisball) veranschaulichen, der an einer Klettfläche hängenbleibt (zB. sowas hier: http://www.fit-z.de/medias/sys_master/84509921587172…). Es ist leichter, den Ball an der Fläche entangzurollen, als ihn von der Fläche zu trennen.

LG
Jochen

Hallo,

mein Sohn fragte gerade, warum fließendes Wasser manchmal
nicht senkrecht nach unten läuft, sondern z.B. an einem Löffel
(ins Wasser gehalten) entlang bzw. warum bei tröpfelndem
Wasser der letzte Tropfen an der Hand entlang läuft und nicht
direkt hinunter tropft.

Meine Physik-Stunden sind schon länger her und ich hab keine
Ahnung, wie ich das erklären kann. Hat das etwas mit
Anziehungskraft zu tun? Mit Oberflächenspannung?

Wer erklärt uns das auch für Laien verständlich?

der tropfen kann nur dann nach unten fallen, wenn zwischen ihm und der oberfläche, an der er haftet, umgebungsdruck herrscht. da zwischen tropfen und anhaftender oberfläche ein vakuum ist, kann er nicht abfallen.
der tropfen selbst hat eine zu geringe geichtskraft als dass er sich noch einmal teilt. dazu sind seine kohäsionskräfte(inneres zusammenhalten der moleküle des tropfens) zu groß.

der tropfen kann nur dann nach unten fallen, wenn zwischen ihm
und der oberfläche, an der er haftet, umgebungsdruck herrscht.
da zwischen tropfen und anhaftender oberfläche ein vakuum ist,
kann er nicht abfallen.

Das ist keine so gute Begründung, denn er könnte sich ja, da verformbar, problemlos von den Rändern seiner Kontaktfläche aus beginnend ablösen, so dass die Luft in den Spalt eindringen kann.

Dass er das nur unwillig tut, ist der eigentliche Gag an der Sache.

Viele Grüße,
Sebastian

Hi,

Deinem Sohnemann kannst Du das mit einem Filzball (zB.
Tennisball) veranschaulichen, der an einer Klettfläche
hängenbleibt (zB. sowas hier:
http://www.fit-z.de/medias/sys_master/84509921587172…).
Es ist leichter, den Ball an der Fläche entangzurollen, als
ihn von der Fläche zu trennen.

Ein andere Beispiel wäre - und hier wird der unterschiedliche Kraftaufwand noch deutlicher -: Nimm zwei Glasscheiben, benetzte sie mit Wasser und presse sie aufeinander (möglichst passgenau). Nun kannst du sie relativ problemlos gegeneinander verschieben, aber versuch mal, sie abzuheben.
Grüße,
JPL

Das ist keine so gute Begründung, denn er könnte sich ja, da
verformbar, problemlos von den Rändern seiner Kontaktfläche
aus beginnend ablösen, so dass die Luft in den Spalt
eindringen kann.

um sich ablösen zu können, ist eine kraft notwendig, die größer ist als die kraft, die das vakuum hält. ein tropfen ist jedoch zu leicht.

um sich ablösen zu können, ist eine kraft notwendig, die
größer ist als die kraft, die das vakuum hält. ein tropfen ist
jedoch zu leicht.

Diese Erklärung betrachtet den Tropfen nur als Ganzes und wie einen Festkörper, aber er ist doch flüssig! Der Teil des Tropfens, der sich an der Grenze („Kante“) zwischen Flüssigkeit, Gegenstand und Luft befindet, sollte sich ohne eine hohe Kraft unter Verformung des Tropfens lösen können (der Luftdruck drückt ja auch an der Kante), wobei die Luft ein winziges Stückchen zwischen Tropfen und Gegenstand eindringt. Und so weiter, bis zur vollständigen Ablösung. Deshalb reicht dieses Argument alleine nicht, um das Phänomen zu erklären. Aber da an der Kante zusätzlich die Adhäsion der Wassermoleküle an der Gegenstandsoberfläche wirkt, passiert das so nicht.

Viele Grüße,
Sebastian

(ins Wasser gehalten) entlang bzw. warum bei tröpfelndem
Wasser der letzte Tropfen an der Hand entlang läuft und nicht
direkt hinunter tropft.

Hallo Sams,
zunächst hat der Tropfen das Bestreben zur tiefsten Stelle zu laufen.
Sobald eine Schräge vorhanden ist, gibt es bei jedem Tropfen eine Gewichtskomponente, die ihn in Richtung der Schrägen bewegt (Hangabtrieb).
Erst dann tropft er an der tiefsten Stelle ab, wenn er eine Mindestgröße hat. (Denke an Stalagmiten und Stalagtiten).
Sein Gewicht muß größer sein als die Adhäsionskraft.
Gruß:
Manni

um sich ablösen zu können, ist eine kraft notwendig, die
größer ist als die kraft, die das vakuum hält. ein tropfen ist
jedoch zu leicht.

Diese Erklärung betrachtet den Tropfen nur als Ganzes und wie
einen Festkörper, aber er ist doch flüssig!

ein tropfen ist flüssig. er bleibt aber in seiner form wie ein elastischer festkörper. das macht ihn zum tropfen. und zwar ab dem zeitpunkt, ab dem die erdanziehung kleiner wird als die durch das vakuum hervorgerufene gegenkraft(das gilt nicht universell, aber im falle eines löffels z.b.).
würde man die erdanziehung auf knopfdruck verdoppeln, würde sich der tropfen solange teilen, bis sein gewicht wieder kleiner wäre als das vakuum es zulässt.

Der Teil des
Tropfens, der sich an der Grenze („Kante“) zwischen
Flüssigkeit, Gegenstand und Luft befindet, sollte sich ohne
eine hohe Kraft unter Verformung des Tropfens lösen können

ein tropfen ist in diesem fall ein flexibler ideal an einer oberfläche anliegender körper.
der unterschied zu einem festkörper ist die flexibilität. ein festkörper löst sich nur ab, wenn er sich sozusagen AUS ANDEREN GRÜNDEN(spannungen, dehnung, äußere einwirkungen) verformt und luft unter sich lässt.

ein tropfen hingegen liegt perfekt an.
(der Luftdruck drückt ja auch an der Kante), wobei die Luft
ein winziges Stückchen zwischen Tropfen und Gegenstand
eindringt.

luft kommt nur unter wasser drunter, wenn das wasser nicht in die lücke fließen kann, durch die die luft unter das wasser kommt. ansonsten gibt es kein winziges stückchen luft zwischen tropfen und oberfläche.

Und so weiter, bis zur vollständigen Ablösung.

das würde nie funktionieren, weil ein tropfen so lange fließt, bis sein gewicht kleiner ist als das vakuum es zulässt. siehe oben.

Deshalb reicht dieses Argument alleine nicht, um das Phänomen
zu erklären. Aber da an der Kante zusätzlich die Adhäsion der
Wassermoleküle an der Gegenstandsoberfläche wirkt, passiert
das so nicht.

das mag bei anderen dingen stimmen - das bild auf wikipedia mit spinnennetz z.b. da wirken andere adhäsionskräfte.
auf einer glatten normalen oberfläche eines löffels jedoch bildet sich ein stinknormales vakuum unter dem tropfen, so dass er abrollt.
das mag an sich unter adhäsionskraft fallen. adhäsion heißt ja nur anhaften. das kann natürlich sein, denn laut wikipedia wirkt durch die vollständige benetzung eine adhäsionskraft. es ist aber nur ein vakuum, was dann diese kraft hervorruft.
von daher ist unsere diskussion vielleicht etwas verpeilt:wink:

das ganze ist auch nicht auf tropfen beschränkt. wasser läuft unter schrägen flächen runter, weil sich zwischen wasser und oberfläche ein vakuum gebildet hat. das wasser KANN sich gar nicht ablösen.

identisch mit 2 aufeinander gepresste glasplatten mit oder ohne flüssigkeit dazwischen.

es ist das vakuum, was sie zusammenhält.

Hi chatliner,

hey, nicht ständig den Artikel löchen und neuanlegen! :open_mouth:

ein tropfen ist flüssig. er bleibt aber in seiner form wie ein
elastischer festkörper. das macht ihn zum tropfen.

Also, ich rede über einen hängenden Tropfen. Den hatte ich bei der Frage bisher im Kopf, weil es ja darum ging, warum er nicht einfach herunterfällt (d.h. die Fläche, an der er rinnt, ist über ihm oder genau senkrecht). Du hattest, glaube ich, eher den auf einer Schräge unter ihm rinnenden oder in der Waagrechte stehenden im Kopf. Vielleicht erklärt das, dass wir, glaube ich, irgendwie aneinander vorbeireden.

Wenn ein Tropfen an einer glatten Fläche hängt, ist er doch in einer Form, die dem Energieminimum seiner Kohäsionskräfte widerspricht. Das heisst, wenn du ihn, wie du sagst, als „elastischen Festkörper“ betrachtest, dann wäre die Kugelform diejenige, in der die elastische Energie minimal wird. Der Tropfen hängt an der glatten Fläche, die Gravitation wirkt an jeder Stelle des Tropfens, insbesondere an den Kanten, nach unten. Auch die Kohäsionskräfte des Tropfens wirken an der Kante nicht nach oben, sondern eher nach innen/unten. Meine These ist jetzt, dass ohne eine Adhäsionskraft zwischen Tropfen und Fläche die Flüssigkeit von der Kante nach unten (und womöglich innen) wegstrebt. Ein Unterdruckproblem besteht hierbei nicht, da an dieser Stelle ja Luftkontakt besteht.

Was spricht dagegen?

luft kommt nur unter wasser drunter, wenn das wasser nicht in
die lücke fließen kann, durch die die luft unter das wasser
kommt. ansonsten gibt es kein winziges stückchen luft zwischen
tropfen und oberfläche.

Da ist, glaube ich, unser Mißverständnis. Wäre die Fläche unterhalb dems Tropfens, würde tatsächlich bevorzugt das Wasser in die Lücke fließen. Aber beim hängenden tropfen wäre es ja anderherum - wenn die Wahl bei der Lückenfüllung zwischen Luft und Wasser bestünde, würde die weniger dichte Luft freudig in die Spalte eindringen. In dem Fall stimmst du mir doch zu, oder?

Viele Grüße,
Sebastian

Hi lathander,

hey, nicht ständig den Artikel löchen und neuanlegen! :open_mouth:

das war absicht…

Wenn ein Tropfen an einer glatten Fläche hängt, ist er doch in
einer Form, die dem Energieminimum seiner Kohäsionskräfte
widerspricht. Das heisst, wenn du ihn, wie du sagst, als
„elastischen Festkörper“ betrachtest, dann wäre die Kugelform
diejenige, in der die elastische Energie minimal wird. Der
Tropfen hängt an der glatten Fläche, die Gravitation wirkt an
jeder Stelle des Tropfens, insbesondere an den Kanten, nach
unten. Auch die Kohäsionskräfte des Tropfens wirken an der
Kante nicht nach oben, sondern eher nach innen/unten. Meine
These ist jetzt, dass ohne eine Adhäsionskraft zwischen
Tropfen und Fläche die Flüssigkeit von der Kante nach unten
(und womöglich innen) wegstrebt. Ein Unterdruckproblem besteht
hierbei nicht, da an dieser Stelle ja Luftkontakt besteht.

Was spricht dagegen?

die adhäsionskraft ist vermutlich der unterdruck. wenn du den unterdruck wegnehmen würdest, würde der tropfen fallen. beim lotuseffekt bildet sich weniger bis kein unterdruck, weil der tropfen rund bleibt. es kann fast überall luft hin.

luft kommt nur unter wasser drunter, wenn das wasser nicht in
die lücke fließen kann, durch die die luft unter das wasser
kommt. ansonsten gibt es kein winziges stückchen luft zwischen
tropfen und oberfläche.

Da ist, glaube ich, unser Mißverständnis. Wäre die Fläche
unterhalb dems Tropfens, würde tatsächlich bevorzugt das
Wasser in die Lücke fließen. Aber beim hängenden tropfen wäre
es ja anderherum - wenn die Wahl bei der Lückenfüllung
zwischen Luft und Wasser bestünde, würde die weniger dichte
Luft freudig in die Spalte eindringen. In dem Fall stimmst du
mir doch zu, oder?

ja, aber der tropfen muss die lücke(also ein tal der rauheit) nicht vollständig mit wasser füllen. ein teil geht rein, weil das wasser vorher auch in so einer lücke war, was bedeutet, das wasser strebt, um immer auf gleicher höhe zu bleiben, den ausgleich an wie 2 verbundene senkrechte, mit wasser gefüllte röhren

(fließt der tropfen von einem tal zum anderen und hat das 1. noch mit wasser gefüllt, füllt sich dann auch das 2. mit wasser, weil sonst das wasser keine gleiche höhe hätte - ob boden oder decke. das wasser muss nur schneller das nächste tal bedecken als eine erdbeschleunigungskurve)

und für den rest reicht im grunde die abdichtung des tales gegen außen. ab dann ist die wirkung wie die eines vakuums.
die luft in der lücke müsste quasi expandieren, um

die luft in der lücke müsste quasi expandieren, um

den tropfen zu lösen…

Hallo,

ich muss gestehen, irgendwie konnte ich nicht ganz folgen, wie du das meinst.
Allerdings hab ich mal gelernt, dass „das Vakuum“ garnichts macht, sondern wenn dann der Umgebungsdruck…
Und nach deiner Aussage müsste ja die Größe eines hängenden/laufenden Tropfens abhängig vom Umgebungsdruck sein…
Und wenn man den Versuch im „Vakuum“(*) selbst durchführt, dann dürfte er ja garnicht halten…
Dies entspricht ehrlich gesagt nicht meinen Erfahrungen (auch wenn ich das noch nie explizit untersucht habe)

(*)Vakuum in Anführungsstrichen, weil man ja abhängig von der Temperatur mindestens den Dampfdruck aufrechterhalten muss, sofern man den Tropfen behalten möchte. Allerdings muss sich dieser Dampfdruck ja auch an der von dir erwähnten Stelle einstellen, sonst würde der Tropfen schließlich dort anfangen zu Sieden. Somit hätte man keine Druckdifferenz und somit ein quasi-ideales Vakuum.

viele Grüße,
Sebastian

Und wenn man den Versuch im „Vakuum“(*) selbst durchführt,
dann dürfte er ja garnicht halten…

richtig. das würde ich behaupten. wenn es nicht so wäre, müsste das wasser sofort(innerhalb von ms) eine molekulare bindung eingehen, die so groß ist, dass sie ihn hält. geheime zauberkräfte gibt es nicht. und die oberfläche eines glatten körpers hat auch nichts besonderes außer berge und täler wie die alpen.

man stelle sich einfach vor, man flute die alpen und drehe sie dann schlagartig um. jeder wird dann nachvollziehbar sagen, dass das wasser die alpen dann wieder verlässt.

doch das wasser würde in den alpen bleiben, wenn das wasser als ganzes eine bestimmte form hält wie der tropfen es tut und nicht mehr wegläuft - wenn die kohäsionskraft des wassers das wasser als ganzes zusammen- und in einer bestimmten form hält.

es kann keine luft unter den tropfen gelangen. er ist dicht - die oberfläche ich vollständig benetzt. genau deshalb bleibt er haften.

Vielen Dank!
Hallo,

danke für all eure Antworten und die Links. So hat es nicht nur der Sohn, sondern auch die Mutter verstanden. (c;

Gruß vom
Sams