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Alltagsphysik : Der Klang tropfender Wasserhähne

Potential für schlaflose Nächte: der tropfende Wasserhahn Bild: dpa

Kaum etwas kann einem stärker auf die Nerven gehen, als ein tropfender Wasserhahn. Nun haben Forscher den Ursprung des bekannten „Plink“-Geräusches entschlüsselt.

          In der Rangliste derjenigen Geräusche, die das Potential besitzen, einen auf Dauer in den Wahnsinn zu treiben, nimmt der tropfende Wasserhahn mit Sicherheit einen der oberen Plätze ein. Nun ist es Physikern gelungen, dessen genauen Ursprung aufzuklären.

          Sibylle Anderl

          Redakteurin im Feuilleton.

          Die Prominenz dieses bekannten Alltagsgeräusches hat schon seit mehr als einem Jahrhundert Wissenschaftler dazu animiert, den physikalischen Grundlagen der lauten Tropfen nachzuspüren. Bereits 1908 war es dem britischen Physiker Arthur Mason Worthington gelungen, den Aufprall der Tropfen zu fotografieren und dabei festzuhalten, wie der Tropfen zunächst eine Aushöhlung der Flüssigkeitsoberfläche verursacht, die dann durch den Rückstoß in eine Ausbeulung übergeht. Eingeschlossene Luft in dem so entstandenen Hohlraum wurde um 1920 von verschiedenen Forschern auch zur Erklärung des charakteristischen Geräusches herangezogen.

          Die erste umfangreiche Studie zum Geräusch der Tropfen wurde aber erst 1959 vom amerikanischen Physiker Gerald J. Franz veröffentlicht. Auf der Grundlage von Fotografien identifizierte er vier entscheidende Phasen des Tropfen-Aufpralls: der erste Kontakt mit der Oberfläche, die Entstehung einer Aushöhlung, die Aufnahme einer Luftblase und schließlich der Oberflächenrückstoß, der einen vertikalen Flüssigkeitsstrahl verursacht. Das Geräusch wird laut Franz in den ersten beiden Phasen generiert: ein kurzer Puls beim Aufprall und das Hauptgeräusch beim Einschluss der Luftblase. Ab den späten achtziger Jahren rückte das Tropfgeräusch erneut in den Fokus der Forscher. Der Zusammenhang zwischen Ton und Tropfengröße, Aufprallgeschwindigkeit und Flüssigkeitstemperaturen wurde systematisch erforscht.

          Vertikaler Flüssigkeitsstrahl: der Rückstoß des Tropfens stellt die letzte Phase des Aufpralls dar.

          Die genauen Details des Mechanismus, der hinter dem luftgetragenen Geräusch steckt, blieben dennoch offen. Nun  haben Forscher der britischen Universität Cambridge und der französischen Universität Poitiers mithilfe von Hochgeschwindigkeitskameras und Unterwassermikrofonen einen neuen Versuch unternommen, das Rätsel der Wassertropfen physikalisch zu entschlüsseln. Wie sie in den „Scientific Reports“ berichten, zeichneten sie den Aufprall von hunderten Flüssigkeitstropfen auf und bestätigten zunächst den schon in früheren Studien beschriebenen grundsätzlichen Ablauf des Phänomens.

          Das Geräusch, sowohl unter Wasser als auch das bekannte „Plink“ über Wasser, konnten sie dabei eindeutig auf Schwingungen in der eingeschlossenen Luftblase zurückführen. Die Wissenschaftler identifizierten außerdem eine Bedingung dafür, dass man das Tropfgeräusch auch deutlich in der Umgebung hört: die eingeschlossene Luftblase muss sich nah an der Aushöhlung befinden, die durch den Aufprall des Tropfens entstanden ist, so dass die Schwingungen des Tropfens den Boden der Aushöhlung in Bewegung versetzen kann wie eine Lautsprecherwand. Die Ergebnisse laden dazu ein, beim nächsten heimischen Notfall selbst experimentierend tätig zu werden – beispielsweise, indem man die Oberflächenspannung mit einem Tropfen Spülmittel verändert und damit die Klangeigenschaften des Systems beeinträchtigt.

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