So vertraut einem der Anblick von Fettaugen auf einem Teller Suppe erscheinen mag, gänzlich verstanden war das alltägliche Phänomen noch nicht. In einer Studie haben deutsche Physiker nun versucht, das Rätsel der Entstehung dieser Öltropfen zu lösen. Die Ergebnisse der im "European Physical Journal" veröffentlichten Studie zeigen, dass die Bildung der Tropfen von den Eigenschaften der Flüssigkeit und der Dicke der Flüssigkeitsschicht abhängt, auf der sie schwimmen.

"Die kleinen Fetttropfen entstehen aus einem anfänglich gleichmäßigen Ölfilm", erklärt der Physiker Ralf Seemann von der Universität des Saarlandes. Wie bei allen natürlichen Systemen streben auch die Öltropfen an, einen Zustand des Gleichgewichts zu erreichen. "Hat sich dies eingestellt, haben die Fettaugen eine linsenähnliche Form, die durch die Oberflächenspannungen der beteiligten Grenzflächen bestimmt ist", berichtet der Forscher.

Das Team von Seemann ist zusammen mit Berliner Mathematikern um Barbara Wagner der Frage nachgegangen, wie Tröpfchen, die auf einer nicht-mischbaren Flüssigkeit schwimmen, entstehen. Die Wissenschafter haben hierzu zunächst beobachtet, wie sich die Form eines Tropfens im Laufe der Zeit verändert. "Um dies präzise zu messen, haben wir unsere Versuche mit nicht-mischbaren Polymerschmelzen durchgeführt", erläutert Seemann.

Experimente mit Mikrometer großen Tropfen

Diese Schmelzen besitzen temperaturabhänige Viskositäten, die für die Untersuchungen besser geeignet sind als zum Beispiel Wasser; so können sie auch eingefroren werden, ohne dass sie ihre Form verändern. "Damit die Gravitation die Ergebnisse nicht beeinflusst, haben wir die Experimente zudem an nur einem Mikrometer großen Tropfen durchgeführt. Diese sind etwa 100-mal kleiner als das menschliche Haar."

Die Forscher konnten in ihrer Studie zeigen, dass ein sich bildender Tropfen ein Strömungsprofil verursacht, das noch tief in der darunterliegenden Flüssigkeit zu spüren ist. "Daher hängen die dynamische Tropfenform und die Zeit, in der sich der Tropfen bildet, empfindlich von der Viskosität und der Dicke der darunterliegenden Flüssigkeitsschicht ab", kommentiert der Saarbrücker Physiker die Ergebnisse.

"Die Tropfen entwickeln schon zu einem vergleichsweise frühen Zeitpunkt eine Form, die nicht mehr von ihrem Anfangszustand, sondern nur noch von ihrem Volumen abhängt. Dies zeigen unsere numerischen Simulationen der dazu entwickelten mathematischen Modelle", berichtet Wagner von der Technischen Universität Berlin. Im weiteren Verlauf sind die unterschiedlichen Tropfen in ihrer Form nicht mehr zu unterscheiden. Ist zusätzlich noch die untere Flüssigkeitsschicht sehr dünn, so können die Tropfen ihre Übergangsformen sogar beibehalten, ohne je ihre Gleichgewichtsform zu erreichen. (red, derStandard.at, 25.08.2013)