Rührfisch im Aufschwung

  • 10. August 2018

Neues, vielseitig nutzbares Schwebeverfahren bei Magnetrührern entdeckt.

Die Idee des Schwebens, des sorglosen Gleitens über der Erdober­fläche, hat solche Technik­neuerungen wie Magnet­schwebebahn aber auch unzählige Science-Fiction Werke, wie Schwebe­bretter aus der „Zurück in die Zukunft“-Trilogie inspiriert. Die meisten praxis­bezogenen Anwendungen erfordern jedoch entweder hoch­spezialisierte teure Geräte oder deutlich unter dem Gefrier­punkt liegende Tempera­turen, was sie in unserem täglichen Leben nicht problemlos ein­setzbar macht. Die jüngste Entdeckung der Forscher des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbst­organisation MPIDS ist ein bah­nbrechender Ansatz, der das Magnet­schweben für ein breiteres Spektrum tech­nischer Anwen­dungen zugänglich machen wird.

Abb.: Ein schwebender Magnetrührer in Rizinusöl (o.). Eine 3D-Spirale, die durch die Kombination von experimentellen Bildern des Rührers über einen Zeitraum von einer Sekunde beim Schweben entsteht (u.). Sie zeigt die Dynamik des Schwebeverhaltens, die sich aus niederfrequentem Drehen und hochfrequentem Schwingen zusammensetzt. (Bild: MPIDS)

Abb.: Ein schwebender Magnetrührer in Rizinusöl (o.). Eine 3D-Spirale, die durch die Kombination von experimentellen Bildern des Rührers über einen Zeitraum von einer Sekunde beim Schweben entsteht (u.). Sie zeigt die Dynamik des Schwebeverhaltens, die sich aus niederfrequentem Drehen und hochfrequentem Schwingen zusammensetzt. (Bild: MPIDS)

Die neue Methode verwendet ein einfaches Werkzeug, das in den meisten Labors weltweit bereits vorhanden ist: Einen Magnet­rührer. Seit seiner Erfindung im Jahre 1942 ist bekannt, dass der Rührstab­magnet, wenn er zu schnell angetrieben wird, unbe­rechenbar wie eine Forelle im Bach auf dem Boden des Behälters springt, daher die Bezeichnung „Rührfisch“. Nun stellte die Wissen­schaftler fest, dass der Magnet in einem Behälter, der mit Flüssig­keit mit einer Visko­sität ähnlich wie Honig gefüllt ist, nicht mehr herum­springt, sondern in der Flüssig­keit aufsteigt und schwebt. „Wir sind beim Mischen hoch­viskoser Polymer­lösungen auf dieses Phänomen gestoßen und waren faszi­niert“, erinnert sich Kyle Baldwin. Er hat die Bewegung des schwebenden Rühr­fischchens in einer großen Experiment­reihe sorgfältig analysiert und festgestellt, dass seine Bewegungen systema­tisch sind.

Der Rührstab wackelt hin und her, pumpt Flüssig­keit zur Seite und stabi­lisiert so seine Position. Interessanter­weise wird die Flüssig­keit in die entgegen­gesetzte Richtung gepumpt, wenn die Viskosität reduziert wird, und der Fisch sinkt. „Unsere Entdeckung soll das Design von bidirek­tionalen Flüssigkeits­pumpen motivieren, das Verständnis für effektive Schwimm­techniken verbessern und ein neues Schwebe­verfahren für die container­lose Lagerung oder den reibungs­losen Transport bieten“, erklärt Baldwin. Diese grund­legende Entdeckung könnte in der Robotik genutzt werden und neue Möglich­keiten in der Nano­technologie und Medizin eröffnen, wie etwa die Bereit­stellung leicht steuer­barer künst­licher Mikros­chwimmer für eine bessere Diagnostik.

MPIDS / JOL

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