Physik des Cappuccino-Schaums – Spektrum.de

Physik des Cappuccino-Schaums – Spektrum.de

Etwas überspitzt könnte man sagen, Schaum ist ein fester Körper aus Flüssigkeit und Gas. Er entwickelt erstaunliche mechanische Eigenschaften und ist je nach seiner Zusammensetzung plastisch und elastisch, trägt leichte Gegenstände und schafft feste Verbindungen. Wenn man in einem Becher oder einer Flasche Schaum erzeugt, kann man das Behältnis umdrehen und noch so viel schütteln und rütteln – er lässt sich nicht vollständig entfernen.

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© H. Joachim Schlichting (Ausschnitt)

Polyedergebilde | Blasengebilde bleiben stabil, während sie hoch über den Rand eines Gefäßes quellen.

Der Schaum auf dem Cappuccino wirkt also wie ein Deckel. Doch reicht das schon aus, um mögliche Bewegungen der Flüssigkeit zu dämpfen? Ein loser Pappdeckel auf einer Tasse mit normalem Milchkaffee kann jedenfalls ein Überschwappen nicht unterbinden. Vielmehr muss die Auflage fest auf dem Becher sitzen. Gerade diese Fixierung an die Gefäßwand leistet der Schaum in idealer Weise.

Hinter vielen alltäglichen Dingen versteckt sich verblüffende Physik. Seit vielen Jahren spürt Hans-Joachim Schlichting diesen Phänomenen nach und erklärt sie in seiner Kolumne der Leserschaft von »Spektrum der Wissenschaft«. Schlichting ist Professor für Physik-Didaktik und arbeitete bis zu seiner Emeritierung an der Universität Münster.

Das lässt sich wieder pauschal mit der Minimierung der Energie erklären. Zahlreiche Flüssigkeiten bilden leichter eine Grenzfläche zur Gefäßwand als zur Luft. Das erkennt man bereits an Wasser in einem Glas, das sich ein kleines Stück an der Wand hochzieht. Beim Schaum ist der Effekt auf Grund seiner Leichtbauweise wesentlich ausgeprägter. Um ihn gegen die Gefäßwand zu verschieben, braucht man entsprechend viel Kraft – umso mehr, je größer die Grenzfläche ist.

Fixierung an die GefäßwandLaden…

© H. Joachim Schlichting (Ausschnitt)

Fixierung an die Gefäßwand | Selbst über Kopf hält Schaum fest an der Wand.

2014 haben Wissenschaftler der Princeton University in New Jersey zu dem Phänomen Modellexperimente durchgeführt. Dazu brachten sie mit einem kleinen Schlauch Schaum aus einer Lösung aus Wasser, Geschirrspülmittel und Glycerin (für die Langlebigkeit der Blasen) auf eine Flüssigkeit. Zunächst erzeugten sie einen einlagigen Blasenteppich, der durch seine Adhäsionskraft fest an den Gefäßwänden hielt. Anschließend versetzten sie den Versuchsaufbau in Schwingung. Sie erhöhten schrittweise die Schichthöhe und stellten fest: Schon bei fünf Blasenlagen war die Bremskraft so groß, dass das Getränk bei den typischen Gehbewegungen sicher im Gefäß blieb.

Die Erkenntnisse dienen freilich nicht nur den Konsumenten von Getränken wie Cappuccino oder Bier, wo die Krone ebenfalls dämpfend wirkt. Vielmehr lassen sie sich etwa auf den Transport von Flüssigkeiten in Tanklastern übertragen, bei denen das Schwappen zu ungleich größeren Problemen führen kann.