Ein klarer Morgen am Meer: Unter der Oberfläche steigt ein silbriger Blasenring auf. Statt zu zerplatzen, stösst er an die Oberfläche – und springt zurück wie ein Ball. Was wie Zauberei wirkt, fasziniert Forschende seit über 150 Jahren: der Wirbelring.
Solche Ringe entstehen, wenn sich Flüssigkeit oder Gas ringförmig dreht und dabei stabil bleibt. In der Natur nutzen Quallen oder Tintenfische Wirbelringe, um sich effizient fortzubewegen, Delfine formen sie aus Luftblasen, um sie mit der Nase anzustupsen.
Doch wie verhalten sich die Ringe, wenn sie an die Grenze zwischen Wasser und Luft stossen? Das wollte ein Team der New York University und NYU Shanghai ergründen. Die Entdeckung: Trifft ein Wirbelring schräg auf die Wasseroberfläche, prallt er fast heil ab. Steigt er senkrecht, zerfällt er.
In einem Wassertank erzeugten die Forschenden mit einem Kolben Wirbelringe, veränderten Winkel und Geschwindigkeit und färbten die Strömung mit fluoreszierendem Farbstoff ein. Hochgeschwindigkeitskameras hielten jedes Detail fest, Simulationen überprüften die Daten.
Dabei zeigte sich: Die Ringe können vier Schicksale haben – abprallen, zerfallen, sich auflösen oder die Oberfläche durchstossen. Das half den Forschenden zu verstehen, wie stark Winkel und Energie das Verhalten bestimmen.
Veröffentlicht wurde die Arbeit im Physical Review Fluids.
Mehr Verständnis darüber, wann ein Ring stabil bleibt oder zerfällt, könnte helfen, die Strömung von Unterwasserrobotern zu verbessern – oder die Vorhersage aufsteigender Ströme bei Vulkanausbrüchen und in der Klimaforschung zu präzisieren.
