Wie können wir helfen?
Ein Gerät wie eine wenig elegante Pfeife und ein weißer Plastikball, der wie ein kleiner Tischtennisball aussieht: Nimmt man das offensichtliche Mundstück an die Lippen und bläst hinein, kommt kein Vogelgezwitscher oder kein anderes interessantes Geräusch heraus, nur die hineingeblasene Luft verlässt die obere Öffnung des kurzen nach oben ragenden Röhrchens. Enttäuschung auf der ganzen Linie!
Beim zweiten Versuch legt man den kleinen weißen Ball auf die obere Öffnung des senkrechten Röhrchens, und zwar genau in die Mitte, was mit dem darüber angebrachten kreisförmigen Loch leichtfällt. Das Loch verhindert auch, dass der Ball gleich wieder herunterfällt. Jetzt kommt beim erneuten Hineinblasen zwar auch kein Vogelpfeifen heraus, aber der Ball hebt ab. Je nach der Stärke des Hineinblasens beginnt der Ball zu tanzen: hoch und wieder runter, schneller oder langsamer. Der Rhythmus der Stärke des Luftstroms zwingt den armen Ball zu seinem Auf-und-Ab-Ballett. Geht dem Bläser schließlich die Puste aus, so wird der kleine Ball auch wieder in dem offenen Kreis landen.
Vom gefühlvollen Tanz nun zur Logik und nüchternen Physik: Die Erklärung finden wir im Bernoulli-Effekt. Daniel Bernoulli (1700 – 1782) war ein Mathematiker und Physiker. Er entdeckte ein Gesetz, das eine Beziehung zwischen Druck, Fließgeschwindigkeit und Höhe für eine durch ein Rohr strömende Flüssigkeit (Fluid) herstellt. Vor ihm hatten schon andere Forscher entdeckt, dass ein sich bewegender Körper seine kinetische (Bewegungs-)Energie gegen potenzielle Energie eintauscht, wenn er an Höhe gewinnt. Bernoulli erkannte, dass Änderungen der kinetischen Energie einer sich bewegender Flüssigkeit in ähnlicher Weise eine Änderung des Drucks bewirkt. Seine Formel liefert unter ein paar Annahmen gute Annäherungen, obwohl keine reale Flüssigkeit alle Kriterien erfüllt. Besonders nützlich ist sie für Gase und damit auch für Luft.
In der Aerodynamik, wo man die Strömung über Tragflächen, Propeller blättern und Rudern untersucht, gibt es viele praktische Anwendungen der Formel von Bernoulli.
Mit v für die Fließgeschwindigkeit, g für die gravitatsionsbedingte Beschleunigung, z für die Höhe eines Punktes in der Flüssigkeit, p für den Druck, ρ (Rho) für die Dichte des Fluids und C als einer Konstanten lässt sich Bernoullis Formel so schreiben:
v2/2+g⋅z+p/ρ=C
Diese Formel soll Dir aber nicht den Spaß nehmen, den Zusammenhang von Deinem variierenden Pusten und dem Auf-und-Ab des weißen Balles spielerisch zu “erforschen”.
Es gibt in der Mathothek noch ein ähnliches Experiment zum Bernoulli-Effekt, und zwar mit einem Propeller statt des Tennisballes:
Bedingt durch die Rotationssymmetrie des Propellers bewegt sich dieser nicht nur nach oben oder unten, je nachdem der Luftdruck zunimmt oder nachlässt, sondern rotiert auch noch dabei.