DAZ-Adventsrätsel – Tag 4

Wein, Kaffee und Kirchenfenster

Stuttgart - 04.12.2018, 01:00 Uhr

Welchen physikalischen Effekt kann
man beobachten, wenn man sein Weinglas schwenkt? (Foto: Mikko Pitkänen /
stock.adobe.com)

Welchen physikalischen Effekt kann man beobachten, wenn man sein Weinglas schwenkt? (Foto: Mikko Pitkänen / stock.adobe.com)


Kann Wein weinen? Und was hat das mit Kirchenfenstern und Kaffee zu tun? Haben Sie nach dem Schwenken eines Weinglases schon einmal einen Ring aus klarer Flüssigkeit nahe dem Rand des Glases entdeckt? Wenn Sie genau hinschauen, sehen Sie vielleicht auch, dass sich aus dem Flüssigkeitsrand Tropfen formen und wieder in den Wein zurück der Schwerkraft folgen. Welches physikalische Phänomen sich dahinter verbirgt, erfahren Sie hinter Türchen Nummer vier.

Am ehesten können Sie Wein beim „Weinen“ beobachten, wenn der Alkoholgehalt hoch ist. Alkohol besitzt eine geringere Oberflächenspannung und ist flüchtiger als Wasser. Wenn der Wein durch das Schwenken auf der Glaswand in einer dünnen Schicht verteilt wird, verdampft der Alkohol aus dem Flüssigkeitsfilm schneller als das Wasser.

So bleibt weiter oben im Glas eine Mischung zurück, die eine höhere Oberflächenspannung besitzt, weil weniger Alkohol und mehr Wasser enthalten sind. Durch die höhere Oberflächenspannung zieht der obere Bereich der Flüssigkeit am unteren Bereich der Flüssigkeit im Glas – sie wird nach oben gezogen bis ihr Eigengewicht die Kraft der Oberflächenspannung des Wassers übersteigt: Die Flüssigkeit läuft in Tropfen wieder an den Gefäßwänden herunter: Der Wein „weint“. Teilweise werden die dann entstehenden Muster auf der Glaswand auch als „Kirchenfenster“ bezeichnet.

Kaffee statt Wein

Wenn Sie lieber Kaffee als Wein trinken, können Sie sich das physikalische Phänomen auch anhand des folgenden Experimentes verdeutlichen: Bedecken Sie einen flachen Teller mit einer dünnen Flüssigkeitsschicht Kaffee. Geben Sie einige Tropfen Alkohol hinzu. Daraufhin bildet sich ein „Loch“ in der Flüssigkeit, sodass man den Tellerboden erblickt. Dann schließt sich der kreisförmige Bereich wieder – der Kaffee „kommt wieder zurück“.

Wie beim Wein haben Ethanol und Kaffee unterschiedliche Oberflächenspannungen. Die Oberflächenspannung von Alkohol beträgt 22 mN/m, die von Wasser 72,8 mN/m – und daraus besteht Kaffee hauptsächlich. Kommt der Alkohol also mit dem Kaffee in Berührung, ziehen sich die Wassermoleküle des Kaffees gegenseitig stärker an, als sie die Moleküle des Alkohols anziehen. Dadurch entsteht der Eindruck, dass die Wassermoleküle vor den Alkoholmolekülen „fliehen“. Verdünnt sich der Alkohol mit dem Kaffee schließlich, schließt sich das Loch wieder.

Weintränen, Kaffee und Kirchenfenster: Wie bezeichnet man diese Alltagsbeobachtungen in der Physik?

Der italienische Physiker Carlo G. Marangoni soll schon 1871 das Phänomen der „Weintränen“ physikalisch beschrieben haben: „Wenn aus irgendeinem Grund entlang einer freien Flüssigkeitsoberfläche Unterschiede in der Oberflächenspannung bestehen, strömt die Flüssigkeit in Richtung des Bereichs der höheren Oberflächenspannung.“ Deshalb spricht man in der Physik vom Marangoni-Effekt.

Gewonnen hat Christel Zimmermann aus Wuppertal.


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