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Haben Sie sich jemals gefragt, warum Ihr Wein weint? Stosswellen beschuldigen.
Seit Jahrhunderten beschäftigen sich Wissenschaftler mit den Tränen, die sich in Weingläsern bilden. Jetzt glauben sie zu wissen, wie es passiert. 18. Oktober 2019
Hand, die ein Glas Rotwein hält Bertrand Mund | Unsplash
Leser, die gelegentlich den Boden eines Weinglases betrachten, werden sicherlich mit einem der größten Geheimnisse des Universums vertraut sein. Dies ist die jahrhundertealte Beobachtung, dass Wein manchmal die Oberfläche eines Glases hinaufwandern und dann Tränen bilden kann, wenn er wieder nach unten tropft. Woher?
Heute ist das Rätsel gelöst – zumindest teilweise – dank der Arbeit von Yonatan Dukler und Kollegen an der University of California, Los Angeles. Diese Jungs haben ihre Forschungen selbstlos diesem Phänomen gewidmet und sagen, dass sie eine Antwort gefunden haben.
Beginnen wir damit, unsere Gläser zu füllen – eine kleine Menge alkoholreichen Weins in einem Martiniglas. Beobachten Sie, wie eine dünne Schicht die Glasoberfläche über dem Hauptkörper der Flüssigkeit hochgezogen wird.
Dieser Effekt ist gut bekannt, da er verständlicherweise einige der größten Köpfe der Physik angezogen hat. Der amerikanische Wissenschaftler Willard Gibbs veröffentlichte 1875 eine vollständige theoretische Abhandlung.
Dies basierte zumindest teilweise auf der Arbeit von James Thomson, dem Bruder von Lord Kelvin, 20 Jahre zuvor. Thomson entdeckte, dass der Effekt zustande kommt, weil Wein eine Mischung aus Wasser und Ethanol ist, wobei Wasser die größere Oberflächenspannung hat.
Der Wein wird zunächst durch Kapillarwirkung an der Glasoberfläche hochgezogen. Dies tritt auf, wenn die Oberflächenspannung die Oberfläche einer Flüssigkeit an den vertikalen Wänden eines Glasbehälters hochdrückt.
In einem Weinglas beginnt diese dünne Schicht sofort zu verdunsten, wobei der Alkohol schneller verdunstet als Wasser. Dadurch wird die Schicht weniger alkoholisch und die höhere Wasserkonzentration führt zu einer höheren Oberflächenspannung als die des Hauptweins im Glas.
Dieser Unterschied in der Oberflächenspannung ist wichtig. Es erzeugt eine Kraft, die mehr Wein an den Wänden des Glases hochtreibt. Und dies führt zu einem konstanten Flüssigkeitsfluss das Glas hinauf, angetrieben durch die Verdunstung von Alkohol.
All dies ist gut verstanden – es ist als Marangoni-Effekt bekannt, nach dem italienischen Physiker, der ihn in den 1860er Jahren untersuchte.
Es ist jedoch eine andere Kraft beteiligt – die Schwerkraft, die die Flüssigkeit wieder nach unten zieht. Wenn dies geschieht, bildet der Wein die berühmten Tränen, die an der Innenseite des Glases hinunterlaufen.
Das herausragende Rätsel ist, warum der Wein nach unten fließende Tränen bildet und nicht irgendeine andere Art von Fluss. Dieses Problem haben Dukler und Co. mit einem umfassenden theoretischen Modell und viel experimenteller Arbeit angegangen. Sie haben die Tränenbildung auf eine nie zuvor beschriebene Weise beobachtet.
Die neue Arbeit basiert auf der Theorie der Stoßwellen. Eine Stoßwelle ist eine Störung, die eine scharfe Grenze in den Eigenschaften der Flüssigkeit bildet. Stoßwellen werden normalerweise durch Störungen angetrieben, die sich schneller als Schall in der Flüssigkeit ausbreiten, wie z. B. ein Überschallstrahl. Die Welle setzt sich fort, solange die Störung Überschall bleibt.
Stoßwellen können sich jedoch bilden, wenn die Störungen nicht Überschall sind – zum Beispiel, wenn die Verdunstung einen Flüssigkeitsfluss verursacht. Diese Wellen sind als Unterdruckstöße bekannt. Darauf konzentrieren sich Dukler und Co.
Sie weisen darauf hin, dass die Theorien, die auf Gibbs’ Arbeit basieren, darauf hindeuten, dass der Wein fingerähnliche Formen bilden sollte, wenn er durch das Glas wandert. Wir argumentieren, dass die eigentlichen Weintränen, die das Glas hinunterlaufen, im Gegensatz zu der bekannten Fingering-Instabilität von angetriebenen Fronten, die sich in die gleiche Richtung wie die Front bewegen, aus einer Instabilität eines umgekehrten Unterdruckstoßes entstehen, sagen sie.
Und ihre Experimente scheinen dies zu bestätigen. Sie geben einen Schluck Portwein mit einem Alkoholgehalt von 18 % in ein Martiniglas mit einem Seitenwinkel von 65 %. Um die Beobachtungen zu erleichtern, schwenken sie den Port, um das Glas mit Flüssigkeit vorzubeschichten. Die Tränen bilden sich dann leicht.
Diese Risse zeigen deutlich die Welleneigenschaften, die das Modell des Teams vorhersagt. Wir veranschaulichen zum ersten Mal die Existenz nicht-klassischer Unterdruckschocks im Zusammenhang mit Weintränen, sagen Dukler und Co. Wir argumentieren, dass im Falle eines vorbeschichteten Glases die berühmten „Weintränen“ aus einem umgekehrten Unterdruckschock entstehen, der vom Meniskus ausgeht.
Das ist eine interessante Arbeit, die viele Leser mit eigenen Recherchen feiern möchten.
Es lässt jedoch mehrere Fragen unbeantwortet. Die Art und Weise, wie Dukler und Co. das Glas vorbeschichten, ist wichtig, weil es eine Schicht erzeugt, über die eine weitere Flüssigkeitsschicht fließen kann. Der Marangoni-Effekt lässt sich unter diesen Umständen leicht erzeugen.
Es lässt aber die Frage offen, wie die Tränen auf einem unbeschichteten Glas entstehen.
Das heißt, es gibt noch viel zu tun. An die Arbeit – Prost!
Ref: arxiv.org/abs/1909.09898 : Eine Theorie für Undercompressive Shocks in Tears of Wine