Überschalltropfen

Sie kennen das: Über Ihnen fliegt ein Düsenjet hinweg und dann knallt es. Das Flugzeug hat die Schallmauer durchbrochen. Doch warum gibt es eigentlich einen Knall? Durch die hohe Geschwindigkeit verdichtet sich die Luft um das Flugzeug, der Widerstand erhöht sich – bis er schließlich überwunden wird. Dann fliegt der Jet mit Überschallgeschwindigkeit. Und dann knallt es. Den hörbaren Schlag nennen Physiker Verdichtungsstoß. Dabei handelt es sich um einen Begriff aus der Strömungslehre. Und immer wenn sich der Strömungszustand von Gasen oder Flüssigkeiten abrupt ändert, entsteht ein Verdichtungsstoß.

Wenn sich der Strömungszustand eines Wassertropfens schlagartig ändert, dann passiert das, was Sie oben im Bild sehen. Mithilfe einer Computersimulation haben Nikolaus A. Adams von der TU München und seine Mitarbeiter Luhui Han und Xiangyu Hu das Geschehen projiziert. "Im Zentrum ist die 'zerrissene' Phasengrenze zwischen Gas und Wasser zu sehen, dargestellt durch die bläulichen Dichtegradient-Falschfarben", beschreibt Nikolaus A. Adams das Modell. "Die gelb-rötlichen Farben sind Dichtegradienten des bereits von oben nach unten über den Wassertropfen gelaufenen Stoßes mit zahlreichen Reflexionen an Phasengrenze und Wänden."

Mit ihren Forschungen wollen Adams und seine Kollegen herausfinden, ob sich Verdichtungsstöße etwa auch für Therapien nutzen lassen. Zum Beispiel im menschlichen Körper, um Krebstumoren mit kontrollierten Stößen zu Leibe zu rücken.

Foto: N. Adams / TU München

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