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 Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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