@article{10.18756/edn.20.8, title = {{Wirbel und Schrauben in Scherstr{\"o}mungen}}, shorttitle = {{Wirbel und Schrauben in Scherstr{\"o}mungen}}, author = {Koehler, Reinhard}, journal = {Elemente der Naturwissenschaft}, year = {1974}, volume = {20}, pages = {8--25}, url = {https://dx.doi.org/10.18756/edn.20.8}, doi = {10.18756/edn.20.8}, issn = {p-ISSN 0422-9630}, language = {de}, abstract = {

Wenn wir Wasser in einem Topf r{\"u}hren und dann sich selbst {\"u}berlassen, so entsteht eine Str{\"o}mung, die wir, auf die ganze {``}{'}assermasse gesehen, einen {\guillemotleft}Wirbel{\guillemotright} nennen. Darin fasst die Alltagssprache viele Einzelheiten in ein Bild zusammen: z.B. das langsame Kreisen entlang des Topfrandes und das schnellere in der Mitte, das Herumwandern des Wirbeltrichters und sein Auf- und Abwogen. Man beobachtet auch ein spiraliges Nach-Innen-Laufen von Teilchen, die zum Topfboden absinken ; kleinere, noch schwebende Teilchen zeigen ein langsames Absteigen des Wassers am Topfrand und ein Aufsteigen in der Mitte an. Aus diesen Einzelheiten ergibt sich insgesamt eine Bewegung, die eine ringf{\"o}rmig in sich zur{\"u}cklaufende Spirale oder Schraubenlinie beschreibt. Der einfache, durch R{\"u}hren erzeugte {\guillemotleft}Wirbel{\guillemotright} zeigt also der genauen Beobachtung schon eine recht komplizierte Bewegung. Es fehlt aber der Massstab, der eine Beurteilung der Str{\"o}mung mit allen Einzelheiten erst erm{\"o}glichen w{\"u}rde. Einen geeigneten Massstab hoffen wir in diesem Aufsatz an einer Reihe von Experimenten zu gewinnen, an denen wir die Bedingungen f{\"u}r die Entwicklung der Str{\"o}mungsformen kennenlernen k{\"o}nnen.

Wir werden dann zwei Bewegungselemente, Wirbel und Schraube, zu unterscheiden haben, weil sie sich in polarer Weise entwickeln. Je nach den experimentellen Bedingungen wird die Str{\"o}mung entweder mehr durch die Bildung von Wirbeln oder {\"u}berwiegend durch Schrauben bestimmt. Die Bildung dieser Bewegungselemente k{\"o}nnen wir, ebenso wie durch R{\"u}hren beim {\guillemotleft}Topfwirbel{\guillemotright}, in mannigfaltiger Weise dadurch einleiten, dass wir Geschwindigkeitsunterschiede quer zur Hauptstr{\"o}mung erzeugen. Weil die Fl{\"u}ssigkeit dabei eine Scherung erf{\"a}hrt, sprechen wir von Scherstr{\"o}mungen. [...]
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}, annote = {

Wenn wir Wasser in einem Topf r{\"u}hren und dann sich selbst {\"u}berlassen, so entsteht eine Str{\"o}mung, die wir, auf die ganze {``}{'}assermasse gesehen, einen {\guillemotleft}Wirbel{\guillemotright} nennen. Darin fasst die Alltagssprache viele Einzelheiten in ein Bild zusammen: z.B. das langsame Kreisen entlang des Topfrandes und das schnellere in der Mitte, das Herumwandern des Wirbeltrichters und sein Auf- und Abwogen. Man beobachtet auch ein spiraliges Nach-Innen-Laufen von Teilchen, die zum Topfboden absinken ; kleinere, noch schwebende Teilchen zeigen ein langsames Absteigen des Wassers am Topfrand und ein Aufsteigen in der Mitte an. Aus diesen Einzelheiten ergibt sich insgesamt eine Bewegung, die eine ringf{\"o}rmig in sich zur{\"u}cklaufende Spirale oder Schraubenlinie beschreibt. Der einfache, durch R{\"u}hren erzeugte {\guillemotleft}Wirbel{\guillemotright} zeigt also der genauen Beobachtung schon eine recht komplizierte Bewegung. Es fehlt aber der Massstab, der eine Beurteilung der Str{\"o}mung mit allen Einzelheiten erst erm{\"o}glichen w{\"u}rde. Einen geeigneten Massstab hoffen wir in diesem Aufsatz an einer Reihe von Experimenten zu gewinnen, an denen wir die Bedingungen f{\"u}r die Entwicklung der Str{\"o}mungsformen kennenlernen k{\"o}nnen.

Wir werden dann zwei Bewegungselemente, Wirbel und Schraube, zu unterscheiden haben, weil sie sich in polarer Weise entwickeln. Je nach den experimentellen Bedingungen wird die Str{\"o}mung entweder mehr durch die Bildung von Wirbeln oder {\"u}berwiegend durch Schrauben bestimmt. Die Bildung dieser Bewegungselemente k{\"o}nnen wir, ebenso wie durch R{\"u}hren beim {\guillemotleft}Topfwirbel{\guillemotright}, in mannigfaltiger Weise dadurch einleiten, dass wir Geschwindigkeitsunterschiede quer zur Hauptstr{\"o}mung erzeugen. Weil die Fl{\"u}ssigkeit dabei eine Scherung erf{\"a}hrt, sprechen wir von Scherstr{\"o}mungen. [...]
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