16.10.2020 • Didaktik

Ein Sternenhimmel in der Badewanne

Auf einer Wasseroberfläche driftende Blasen erzeugen auf dem Grund des Behälters sternförmige Kaustiken.

Wenn im Sommer wassergefüllte Behälter wie eine Badewanne in der Sonne stehen, wird der aufmerksame Beobachter vielleicht von sternartigen Lichtflecken auf dem Boden des Behälters überrascht sein. (Abbildung 1). Ursache für die vierzackigen Sterne sind auf der Wasseroberfläche driftende Blasen, die fast immer vorhanden sind, wenn die Wanne den sommerlichen Spielen mit Wasser dient. Jede Blase projiziert einen solchen Stern auf den Boden.

Abb. 1 Blasen auf der Wasseroberfläche sorgen für den Sternenhimmel am Grund...
Abb. 1 Blasen auf der Wasseroberfläche sorgen für den Sternenhimmel am Grund (Foto: Schlichting).

Bei den Sternen handelt es sich um Kaustiken (Brennlinien), die durch das von der Blase deformierte Wasser hervorgerufen werden. Dieses Phänomen war schon Leonardo da Vinci (1452 – 1519) bekannt, der es folgendermaßen umschreibt, ohne es jedoch zu erklären. „Der durch die Blase an der Oberfläche des Wassers gehende Strahl wirft auf den Grund des Wassers ein kreuzförmiges Bild von dieser Blase“.

Das Phänomen kommt dadurch zustande, dass sich an der Innen- und Außenseite der Blase ein Wassermeniskus ausbildet (Abbildung 2). Ähnlich wie das Wasser in einem Trinkglas wegen der Benetzbarkeit des Glases ein Stück weit an der Gefäßwand aufsteigt, passiert dies erst recht bei einer im Wesentlichen aus Wasser bestehenden Blase – und, da diese auf der Wasseroberfläche driftet, sogar innen und außen. Da in der Blase ein gewisser Überdruck gegenüber dem äußeren Luftdruck herrscht, wird die Wasseroberfläche innerhalb der Blase ein wenig eingedellt, was den Effekt noch verstärkt.

Abb. 2 Optische Wirkungen der Menisken beiderseits der Blasenwand.
Abb. 2 Optische Wirkungen der Menisken beiderseits der Blasenwand.

An diesem Meniskus wird das Licht wie an einem halbkreisförmig gebogenen Prisma gebrochen und auf den Boden der Wanne fokussiert. Komplementär passiert etwas Entsprechendes an der äußeren Blasenwand, allerdings mit umgekehrter Krümmung. Beide Kaustiken überlagern sich auf dem Boden des Gefäßes zu dem auffälligen Sternmuster.

Hans-Joachim Schlichting, Münster

Dieser Artikel ist in der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit erschienen.

 

Weitere Infos

Originalveröffentlichung

H.-J. Schlichting, Ein Sternenhimmel in der Badewanne, Phys. Unserer Zeit 51(5), 254 (2020); https://doi.org/10.1002/piuz.202070513  

H.-J. Schlichting, W. Suhr, Leonardos Kreuz in der Teetasse, Phys. Unserer Zeit 43(5), 244 (2012); https://doi.org/10.1002/piuz.201201304

 

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