Krass: Neue physikalische Gesetze werden mit Hilfe von Trinkhalmen gelöst!
In einer neuen Studie haben Forscher Trinkhalme verwendet, um ein Phänomen der Physik besser zu verstehen, das bisher ein Rätsel war. Die neuen Gesetze wurden nach mehreren Experimenten mit Trinkhalmen entdeckt.
Wenn wir an die kompliziertesten Bereiche der Physik denken, fallen uns sofort die Quantenmechanik oder die Allgemeine Relativitätstheorie mit ihren komplizierten Experimenten ein, die nur wenigen Menschen zugänglich sind. Doch in Wirklichkeit bereitet eines der Phänomene, die in unserem täglichen Leben am häufigsten vorkommen, den Physikern großes Kopfzerbrechen.
Rauch aus einer Tasse Kaffee, fließendes Wasser aus einem Wasserhahn, Wind, der durch ein Fenster weht... All dies wird durch ein Gebiet der Physik erklärt, das als Strömungsdynamik bezeichnet wird. Das Verständnis der Flüssigkeitsdynamik ist seit der Zeit von Leonardo Da Vinci eine Herausforderung.
Mit einer neuen Studie konnten Forscher dieses Geheimnis anhand von Trinkhalmen ein wenig mehr lüften. Sie erkannten durch Experimente, dass sich darin vielleicht ein neues Gesetz für Flüssigkeiten verbirgt.
Das Geheimnis der Fluiddynamik
Die Strömungsdynamik ist in unserem Leben allgegenwärtig, vom Aufstehen zum Kaffeetrinken bis hin zum Bad, um sich zu entspannen und einzuschlafen. Nur wenige wissen, dass es extrem schwierig ist zu verstehen, wie sich Flüssigkeiten verhalten.
So schwierig, dass Leonardo Da Vinci bereits im 15. Jahrhundert versuchte, sie zu verstehen. In einem seiner Werke beschreibt er sogar die Strömung. Da Vinci versuchte, das Phänomen der Turbulenzen bei Flüssigkeiten zu untersuchen.
Die Turbulenz ist bis heute, fast 6 Jahrhunderte später, von den Physikern nicht verstanden worden. Und in diesen 6 Jahrhunderten haben große Namen wie Heisenberg einen Teil ihrer Arbeit darauf verwendet, sie zu verstehen.
Warum ist Turbulenz so schwer zu verstehen?
Turbulenz entsteht, wenn die Dynamik eines Fluids chaotisch und nicht linear wird. Mit anderen Worten: Es ist äußerst schwierig vorherzusagen, wie sich ein Fluid verhält, wenn es turbulent wird, und der Übergang von einem nicht-turbulenten zu einem turbulenten Fluid ist noch nicht verstanden.
Die Navier-Stokes-Gleichung beschreibt die Strömung einer Flüssigkeit. Diese Gleichung ist jedoch bis heute ungelöst, und die Lösung ist so wichtig, dass sie einer der Millenniumspreise ist. Wer sie findet, kann 1 Million Dollar gewinnen.
Das Verständnis der Navier-Stokes-Methode und der Strömungsdynamik öffnet Türen zu irdischen Anwendungen, etwa in der Schifffahrt und der Luftfahrt, aber auch zum Verständnis von Phänomenen im Universum, etwa der Fütterung schwarzer Löcher und der Sternbildung.
Wenn es so schwierig ist, wie konnten die Forscher dann etwas so Einfaches wie Strohhalme benutzen, um es zu enträtseln?
Forscher an der Universität Courant stellten fest, dass das Saugen einer Flüssigkeit durch Strohhalme den bekannten Gesetzen der Flüssigkeitsreibung widerspricht. Der Mathematiker Leif Ristroph und sein Team versuchten, eine Erklärung für dieses Experiment zu finden.
Das Problem des Durchströmens von Flüssigkeiten durch Rohre - wie ein Strohhalm - ist auf diesem Gebiet gut untersucht.
Mithilfe von Metallstrohhalmen testeten sie verschiedene Flüssigkeiten und verschiedene Größen von Strohhalmen, um zu verstehen, wie der Fluss aussieht und wie er mit dem Druck zusammenhängt. So schlug die Gruppe eine universelle Gleichung vor.
Universelle Gleichung mit Anwendungen im Gesundheitswesen
Die Gruppe schlägt vor, die universelle Gleichung für Anwendungen wie das Verständnis des Blutflusses in unserem Körper zu nutzen. Ristroph argumentiert, dass Venen und Arterien als Strohhalme von unterschiedlicher Größe und Dicke modelliert werden können.
Darüber hinaus kann es für Medikamente verwendet werden, die mit Spritzen oder Serum in den menschlichen Körper injiziert werden. Es kann in der pharmazeutischen Industrie verwendet werden, um mehr über Arzneimittel und Krankenhausprodukte zu erfahren.