Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schneekugeln und andere hydrodynamische Besonderheiten des Stokes Paradox

02.05.2017

Schneekugeln und andere hydrodynamische Besonderheiten
Stokes Paradox: Wie kleine Teilchen sich in Flüssigkeiten bewegen

Schneekugeln. Schüttelt man sie, kommen alle Teilchen in Bewegung und es schneit Flöckchen. Was Kinderaugen zum Leuchten bringt, blieb jedoch lange für Wissenschaftler ein unlösbares Rätsel, denn für manche Teilchen, wie z.B. zylinderförmige, gab es keine befriedigende mathematische Lösung.


Eine Schneekugel. Die Bewegungen der kleinen Flocken in diesem Spielzeug sind nur schwer mit mathematischen Gleichungen zu erfassen, insbesondere derjenigen, die zylinderförmig sind.

Manfred Schloesser, MPI Bremen

Irrelevant ist dieses Problem jedoch nicht, denn diese Art hydrodynamischer Probleme findet man auch in der Klimaforschung. Jetzt haben Bremer Max-Planck-Forscher mehr Licht in das als Stokes Paradox bekannte Problem gebracht und es numerisch mit ausreichender Genauigkeit gelöst.

Wissenschaftler wie Klimaforscher und Ingenieure interessiert die Frage, wie sich Teilchen in der Wassersäule bewegen. Diese Partikel können kugelförmig oder zylindrisch sein. Für eine umströmte Kugel hat der britische Mathematiker und Physiker Sir George Gabriel Stokes schon im 19. Jahrhundert die Lösungen gefunden.

Überraschenderweise hatte er keinen Erfolg bei der Lösung der Umströmung eines zylindrischen Festkörper, später bekannt als Stokes Paradox. Und das, obwohl sich dieser mathematisch leichter als kugelförmige Objekte beschreiben lässt. Schließlich gab Stokes auf und erklärte dieses Problem für unlösbar. Generationen von Forschern nach ihm haben sich an der Lösung versucht, bislang erreichten sie aber nur Näherungen, die stark voneinander abwichen. Eine Lösung schien nicht in Sicht.

Jetzt präsentieren Arzhang Khalili und Bo Liu vom Bremer Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie ihre Lösung des Problems in der Zeitschrift Journal of Fluid Mechanics. Ausgangspunkt ihrer Forschung ist die Sedimentation von abgestorbenen Mikroorganismen zum Meeresgrund. Wie schnell das geschieht, interessiert auch Klimaforscher, denn die Kleinstlebewesen enthalten gebundenen Kohlenstoff, den mikroskopische Algen zuvor mit Hilfe der Photosynthese hergestellt haben. Das Kohlendioxid dafür stammt aus der Atmosphäre.

„Mit unserem neuen Ansatz lassen sich die Kohlenstoffbilanzen besser berechnen“, sagt Arzhang Khalili, auch Adjunct Professor an der Bremer Jacobs University. „Als wir die bereits existierenden Näherungslösungen für den Widerstandsbeiwert umströmter Zylinder mit unterschiedlichen experimentellen Daten aus der Literatur verglichen haben, konnten wir keine zufriedenstellende Übereinstimmung feststellen. Erst unsere aufwendigen numerischen Computersimulationen führten zum Erfolg.“
Und bei den Schneekugeln? An ihnen kann man sich auch ohne Mathematik erfreuen.


Originalveröffentlichung

Khalili, A., & Liu, B. (2017). Stokes’ paradox: Creeping flow past a two-dimensional cylinder in an infinite domain. Journal of Fluid Mechanics, 817, 374-387. doi:10.1017/jfm.2017.127

Rückfragen an
Prof. Dr. Arzhang Khalili
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie
Celsiusstraße 1, 28359 Bremen
Telefon: +49 421 2028 636
E-Mail: akhalili(at)mpi-bremen.de

oder an die Pressestelle

Dr. Manfred Schlösser
Dr. Fanni Aspetsberger
Telefon: +49 421 2028 704
E-Mail: presse(at)mpi-bremen.de

Dr. Manfred Schloesser | Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie
Weitere Informationen:
http://www.mpi-bremen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Unbekannter Hemmmechanismus für Humanes Cytomegalievirus entdeckt
14.11.2018 | TWINCORE - Zentrum für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung

nachricht Warum Einkorn besser für Menschen mit Weizenunverträglichkeit sein könnte
14.11.2018 | Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Im Focus: Graphen auf dem Weg zur Supraleitung

Doppelschichten aus Graphen haben eine Eigenschaft, die ihnen erlauben könnte, Strom völlig widerstandslos zu leiten. Dies zeigt nun eine Arbeit an BESSY II. Ein Team hat dafür die Bandstruktur dieser Proben mit extrem hoher Präzision ausgemessen und an einer überraschenden Stelle einen flachen Bereich entdeckt. Möglich wurde dies durch die extrem hohe Auflösung des ARPES-Instruments an BESSY II.

Aus reinem Kohlenstoff bestehen so unterschiedliche Materialien wie Diamant, Graphit oder Graphen. In Graphen bilden die Kohlenstoffatome ein zweidimensionales...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

Wer rechnet schneller? Algorithmen und ihre gesellschaftliche Überwachung

12.11.2018 | Veranstaltungen

Profilierte Ausblicke auf die Mobilität von morgen

12.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Warum Einkorn besser für Menschen mit Weizenunverträglichkeit sein könnte

14.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Unbekannter Hemmmechanismus für Humanes Cytomegalievirus entdeckt

14.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Einzigartiger Wissensschatz an der BfG: 30 Jahre Weltdatenzentrum Abfluss

14.11.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics