Universität Cambridge Tropfender Wasserhahn: Rätsel um «Plopp»-Geräusch gelöst

Cambridge (dpa) - Manchmal entsteht eine Idee für ein Forschungsprojekt in einer schlaflosen Nacht. Anurag Agarwal von der Universität Cambridge war zu Besuch bei einem Freund, dessen Hausdach undicht war.

Tropfen für Tropfen fiel in einen Wassereimer, der unter der undichten Stelle platziert worden war. Wachgehalten durch dieses nervige Geräusch dachte Agarwal über die Physik dahinter nach. Der Mann hat Ahnung von solchen Dingen, schließlich ist er der Leiter des Akustikzentrums an seiner Uni.

Zusammen mit Kollegen kam Agarwal tags darauf zu dem Schluss: «Bisher hat noch niemand herausgefunden, wie das Geräusch genau entsteht.» Mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitskameras gingen sie dem Rätsel dann auf den Grund: Das «Plopp»-Geräusch entsteht nicht - wie bislang angenommen - allein durch den Aufprall des Tropfens auf eine Wasseroberfläche, wie die Forscher im Journal «Scientific Reports» schreiben. In einem Experiment beobachteten die Wissenschaftler die aufprallenden Wassertropfen. Mikrofone über und unter der Wasseroberfläche zeichneten dabei die Geräusche auf.

Bekannt war, dass ein ins Wasser fallender Tropfen zunächst eine Einwölbung in der Oberfläche erzeugt, bevor das Wasser an dieser Stelle wieder nach oben schießt. Durch den schnellen Rückprall des Wassers entsteht eine kleine Luftblase direkt unter der Einwölbung. Bei der Auswertung des Materials stellten die Forscher nun den eigentlichen Ursprung des Tropflautes fest: Es ist die Luftblase. Der eigentliche Aufprall sei hingegen relativ leise.

«Mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitskameras und der hochempfindlichen Mikrofone konnten wir zum ersten Mal die Schwingung der Luftblase beobachten», sagt Sam Phillips, der ebenfalls an dem Projekt beteiligt war. Die Messungen zeigten, dass die Luftblase sowohl für ein Unterwassergeräusch als auch für das unverwechselbare, durch die Luft übertragene «Plopp» verantwortlich ist.

Das hörbare Tropfgeräusch sei aber nicht einfach der Unterwasserton, der sich über die Oberfläche fortsetzt. Stattdessen übertrage die Luftblase ihre Schwingungen insbesondere auf die Unterseite der Einwölbung, die der Tropfen schaffe. Dadurch entstehe letztlich der besondere Ton.

Seit über einem Jahrhundert beschäftigen sich Forscher immer wieder mit dem Phänomen des tropfenden Wasserhahns. Erste Fotografien von aufprallenden Wassertröpfchen stammen aus dem Jahr 1908.

Die Ergebnisse könnten den Forschern zufolge dazu genutzt werden, Niederschlag effizienter zu messen oder das Geräusch von Wassertropfen in Filmen und Computerspielen realistischer nachzuahmen.

Sind wir dem «Plopp» also hilflos ausgeliefert? Nein, schreiben die Forscher. Eine Veränderung der Oberflächenspannung der Wasserpfütze, etwa durch ein wenig Spülmittel, verhindere den Ton des auftreffenden Tropfens.