Wie richten sich längliche Partikel im Fall aus?

Cellschock · Gast

Meine Frage:
Hallo zusammen,

ich bin kein Physiker, deshalb fehlen mir die Hintergrunddetails und ich bräuchte Eure Hilfe. Ich stelle mir vor, ich habe ganz viele Nadeln in der Hand und lasse sie aus einer bestimmten Höhe fallen. Wie würden sich die länglichen Partikel grundsätzlich beim Fall ausrichten?

Meine Ideen:
Ich habe da zwei Theorien im Kopf:

1.) Die länglichen Partikel richten sich parallel zum Boden aus. Angenommen die Nadel fällt im 90° Winkel, also mit der Spitze voraus zum Boden herunter. Eine Theorie ist, dass sie in ihrer Lage sehr unstabil sind und daher dazu neigen eine wagerechte Position einzunehmen. Während die Luft an dem Partikel vorbeiströmt, kann es die Balance relativ gut in der Wagerechte halten, wie bei einem Seiltänzer mit Stab.

2.) Die länglichen Partikel fallen mit der Spitze auf den Boden. Die Partikel haben einen deutlich niedrigeren Luftwiderstand und richten sich deshalb senkrecht aus. Die Reibung ist geringer. Wie bei einem feststehenden Partikel im Wasser, würde ich auch erwarten, dass sich dieser parallel zur Strömung ausrichtet.

Das sind nur meine intuitive Theorien. Kennt ihr eine wissenschaftliche Erklärung, wie sich die Partikel verhalten würden?

Cellschock · Gast

Hallo zusammen,

ich bin immer noch an einer Antwort interessiert.

Beste Grüße

Nescio · Anmeldungsdatum: 05.12.2015 Beiträge: 279

Beide Theorien sind falsch.

Ob es eine stabile Lage gibt und in welcher Richtung hängt von der genauen Geometrie deiner Nadeln ab. Wenn der Massenmittelpunkt (MMP) näher an der Spitze liegt, dann ist der Luftwiderstand auf den Teil hinter dem MMP größer und auf die Nadel wirkt ein Drehmoment, welches die Spitze nach unten dreht. (Präziser gesagt, wenn der Massenmittelpunkt weiter vorne liegt als der Druckmittelpunkt.) Befindet sich der MMP weiter hinten in der Nadel, dann gilt das gleiche umgekehrt und es wirkt ein Drehmoment, welches die Nadel mit der Rückseite nach unten stabilisiert. Falls deine Nadel ein perfekter Zylinder ist, liegen Druckmittelpunkt und MMP auf der selben Stelle und es gibt keine stabile Lage.

Hier gibt es eine Erklärung mit Bildern zum besseren Verständnis:
https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/rocket/rktstab.html

Natürlich muss der Fall lange genug dauern, damit die Nadeln Zeit haben eine stabile Orientierung einzunehmen, bevor sie auf den Boden treffen.

Cellschock · Gast

Hi,

danke für die Antwort. Wenn ich das richtig verstehe, dann würde sich ein Partikel, was aussieht wie ein Kegel, mit der runden Grundfläche nach unten ausrichten und seiner Spitze nach oben zeigend, weil der MMP ja vermutlich auch eher im unteren Bereich liegen würde und nicht in der Spitze des Kegels oder?[/img]

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5041

Cellschock · Gast

Super, danke für die Hilfe :-)