Bernoulli-Effekt | ScienceBlog

Wir haben doch alle schon einmal den Namen “Bernoulli” im Physikunterricht gehört. Habt ihr allerdings gewusst, dass es mehrere Genies mit diesem Namen gab? Heute beschäftigen wir uns aber nur mit einem davon: Daniel Bernoulli. Dieser beschrieb mit der Bernoulli-Gleichung den nach ihm benannten “Bernoulli-Effekt”. Um diesen Effekt zu verdeutlichen, erläutern wir zuerst drei Experimente für euch, die ihr auch einfach zu Hause nachmachen könnt:

1. Strohhalm-Experiment

Materialien: Strohhalm, Styroporball (Tischtennisball geht auch, ist aber schwieriger)

Zuerst pustest du in einen Strohhalm, dessen vorderen Teil du nach oben biegst (wird im Video genauer gezeigt). Danach legst du die Styroporkugel vorsichtig über die Öffnung. Jetzt wirst du bemerken, dass der Ball an seinem Platz bleibt und über dem Strohhalm schwebt. Wenn man aufhört, in den Strohhalm zu blasen, fällt der Ball wieder hinunter.

2. Trichter-Experiment

Materialien: Trichter, Tischtennisball oder Styroporball

Als Erstes nimmst du den Trichter mit der großen Öffnung auf den Boden gerichtet und hältst den Ball hinein. Dann pustest du von oben in den Trichter hinein und wenn du den Ball nun loslässt, kannst du beobachten, dass dieser im Trichter bleibt und nicht auf den Boden fällt, wie man es sich vielleicht aufgrund der Schwerkraft erwarten würde.

3. Papier-Experiment

Materialien: Blatt Papier

Du hältst ein Blatt Papier vor deinem Mund und fängst an zu pusten, jetzt kannst du wieder beobachten, wie sich das Blatt wellenartig nach oben und unten bewegt.

Jetzt werden wir euch den Effekt etwas näher erklären. Da bei allen drei Experimenten die Luft strömt, nimmt der Druck ab und dadurch landet der Tischtennisball zum Beispiel nicht am Boden, sondern schwebt in einem gewissen Bereich.
Das lässt sich durch den indirekten Zusammenhang zwischen dem statischen und dem dynamischen Druck erklären: Da der dynamische Druck aufgrund der Luftströmungen (verursacht durch das Pusten) zunimmt, muss der statische Druck logischerweise abnehmen, da die Summe der beiden Drücke stets konstant ist.

Folgende Formel verdeutlicht den Bernoulli-Effekt und insbesondere den Zusammenhang zwischen statischem und dynamischem Druck (1 ist als vorher (d.h. vor dem Pusten), 2 als nachher (d.h. während des Pustens) zu verstehen):

Ist der Zusammenhang zu schwierig zum Verstehen, kann man sich auch modellhaft vorstellen, dass die Luft den Styroporball kugelartig umschließt und dieser somit nicht „entkommen“ kann. Das erklärt auch die Rotationen des Balls. Beim Beenden der Luft-Zufuhr verschwindet diese „Luft-Hülle“ wieder und der Ball fällt aufgrund der Schwerkraft zum Boden (zumindest, wenn diese Experimente unter Standardbedingungen auf der Erde durchgeführt werden).

Quellen:

Berndorff, Jan; Hüttmann, Kristin: Einstein für Quanten Dilettanten 2022. Ein vergnüglicher Crashkurs in Sachen Naturwissenschaften. Unterhaching; Athesia Kalenderverlag 2021, S. 09.06.2022
Gollenz, Franz; Breyer, Gustav; Reichel, Erich; Zunzer, Stefan: Physik 2. Wien: Österreichischer Bundesverlag 2020, S. 99 – 103

reviewed and extended by Michael Himmelbauer