Ein lustiges Experiment mit Krügen im Sand zeigt die ungewöhnlichen Eigenschaften frei fließender Körper.
Wenn es so etwas wie einen Nobelpreis für geniale Experimente gibt, dann ist dies ein wunderbarer Anwärter. Nehmen Sie zwei identische Dosen ohne Deckel. Machen Sie mehr Löcher in der Unterseite von einem, lassen Sie das andere, wie es ist. Nehmen Sie nun eine Küvette mit Sand und stellen Sie die Dosen mit offenen Seiten auf den Sand. Versuchen Sie, sie so tief wie möglich einzudrücken. Es wäre zu erwarten, dass – wie es im Wasser passiert – ein geschlossenes Glas nur mit großer Mühe in den Sand eindringt. Tatsächlich werden Sie sehen: Alles passiert genau umgekehrt. So etwas in der Art.
Dieser lustige Effekt wurde von dem französischen Studenten Raphaël Clément und seinen Kollegen entdeckt. „Dasselbe kann man auch mit einem umgedrehten Glas machen“, sagt er, „probieren Sie es selbst aus.“Tatsächlich offenbart dieser Spaß einige wichtige und interessante Eigenschaften von Schüttgütern. Heute, wo wir grundlegende Theorien über das Verh alten von Festkörpern, Flüssigkeiten, Gasen und sogar Plasmen haben, wurden ähnliche Konstruktionen für ein körniges Medium noch nicht geschaffen.
Was ist lustig an diesem Experiment? Stellen wir uns zunächst einmal vor, wie sich alles im Wasser abspielt. Ein Glas mit zerbrochenem Boden wird leicht hineingelangen, und eines, dessen Boden versiegelt bleibt, wird ab einem bestimmten Moment beginnen, dem Eintauchen merklich "zu widerstehen". Der Grund dafür ist einfach: Aus einem Glas mit geschlossenem Boden kann nirgends Luft entweichen, unter der Hand schrumpft es immer mehr und das Eintauchen eines solchen Glases ist ungefähr so, als würde man einen Luftballon ertränken.
Nun gehen wir zum Sand. Die von Rafael Klemen und seinem Team aufgebauten Experimente verwendeten zylindrische Aluminiumdosen mit einem Durchmesser von 7 cm und einer Höhe von 12 cm und einer Wandstärke von 2,1 mm. Um Messungen vorzunehmen, tauchten sie sie nicht unter dem Druck der Hand in den Sand, sondern indem sie Lasten mit unterschiedlichen Gewichten von 200 g bis 4 kg auf sie legten. Und jedes Mal versank der Krug mit dem ganzen Boden tiefer im Sand als der, dessen Boden zerbrochen war.
Was ist der Grund? Nach Angaben der Autoren wieder in der Luft, "eingeschlossen" in einem Glas mit versiegeltem Boden. In seiner Abwesenheit verhält sich Sand ähnlich wie ein fester Körper. Aber wenn Druck auf das Glas ausgeübt wird, beginnt die Luft zwischen den Sandkörnern zu sickern. Die Sandkörner beginnen aneinander zu gleiten, fast wie Flüssigkeitspartikel. Je stärker der Druck, desto schneller bewegt sich die Luft und desto leichter und schneller sinkt die Dose. Tatsächlich wird diese Hypothese durch die folgende Version des von Klemen durchgeführten Experiments bestätigt: Der Druck auf das Gefäß mit geschlossenem Boden nahm sehr langsam zu. Die Luft entwich nach und nach, ohne dass sich die physikalischen Eigenschaften des Sandes veränderten, und das Ufer versank nicht stärker als sein Nachbar mit undichtem Boden.
Lebende Organismen haben sich übrigens perfekt an alle Nuancen des Verh altens von losem Sand angepasst und fühlen sich darin wohl. Einige Eidechsen wissen sogar, wie man sich darin auf sehr geschickte und unerwartete Weise bewegt. Lesen Sie: "Wie man im Sand schwimmt."
