Das Rieselrad
Strukturen im Sand

„Nichts kann existieren ohne Ordnung - nichts kann entstehen ohne Chaos.“ Albert Einstein

Das selbständige Herausbilden eines Ordnungszustandes ist in der Natur immer wieder mit Staunen zu beobachten. Diese so genannten „Strukturbildungsmechanismen“ findet man in Ameisen- und Bakterienkolonien, Zellmembranen, Kalksandsteingebirgen, Vogel- und Fischschwärmen, auf Tiger- und Zebrafellen. Letztere zeigen eine auffällige Ähnlichkeit zu den Strukturen im Sand.

Das Rieselrad

In der Ausstellung befinden sich zwei Rieselräder in unterschiedlichen Ausführungen. In beiden befindet sich ein gemisch aus eckigen Salzkörnern und runden Glaskugeln. Die eine Version enthält zudem, wie auf dem Bild zu sehen ist, eine Vorrichtungen, so dass das Gemisch aus Salz und blauen Glasperlen wie durch einen Trichter rieseln kann. Die andere enthält diese Vorrichtungen nicht. Trotzdem sieht man den gleichen Effekt: es findet ein Entmischungsprozess statt.
Dreht man das Rieselrad schnell, vermischen sich die beiden Materialien. Dreht man aber das eine Rad langsam, bzw. stellt das andere Rad so ein, dass das Gemisch fließen kann, stellt man in beiden Fällen fest, dass sich die Substanzen von selbst ordnen. Auf dem Bild erkennt man deutlich weiße und blaue Bereiche. Diese sind auf die unterschiedliche Struktur und Größe der körnigen Substanzen zurückzuführen. Das Salz ist größer und kantiger als die kleinen runden Glasperlen. Diese setzen sich in die Hohlräume des Salzes und bilden somit eine glatte Oberfläche für die Salzkörner, so dass diese leicht den Hang herunterrutschen können.

Industrielle Bedeutung

Industriell von Bedeutung sind diese Entmischungsvorgänge zum Beispiel bei der Herstellung von Tabletten, bei der ja gerade eine exakte Mischung von verschiedenen Wirkstoffen von enormer Bedeutung ist. Aber das Verhalten so genannter granularer Materie spielt auch beim Befüllen von Silos eine große Rolle: durch Verkanten der Körner ändert sich die Kraftausrichtung. Sie zeigt nicht mehr hauptsächlich nach unten auf den Auslass des Silos, sondern wird auf die Seitenwände umgelenkt. So kommt es immer wieder vor, dass Silos zerplatzen oder verstopfen. Aber auch bei der Lawinenforschung kommt die Physik dieser granularen Materie zu tragen.

Strukturen im Sand

„Auch der mächtigste Fels in der Brandung wird zu Sand zermahlen. Doch je kleiner das Sandkorn, desto größer ist seine Chance, mit der Düne zu wandern.“ Pascal Lachenmeier (schweizer Jurist)
Die Bildung von Dünen erklärt das Helmholtz'sche Gesetz: „Strömen zwei Medien unterschiedlicher Dichte aneinander vorbei, so ergibt sich eine wellenförmige Begrenzungsfläche.“
In der Natur sind diese zwei Medien Sand und Wind oder Sand und Wasser. Stellt man sich Dünen vor, so denkt man meistens an Wüsten: zahllose Sandkörner unter segender Hitze und blauem Himmel. Die größten Sandflächen liegen jedoch unter dem Meer. Auffällig am Strand sind die Rippel, die die Meereswellen hinterlassen, wenn sie sich wieder ins Meer zurückziehen. Ihre Struktur hat aufalländ Ähnlichkeiten mit dem Fell eines Zebras! Auch bei Dünen in der Wüste findet man diese Rippel wieder. Ihre Entstehung kann man heutzutage gut mit Hilfe des Windes erklären. Während die Düne selbst beträchtliche Ausmaße annehmen kann, sind die Rippel immer nur wenige Zentimer groß.

Singende Dünen

In nahezu allen Wüsten der Welt finden sich „singende Dünen“. Als Gesang werden dabei die tiefen und lauten Brummtöne bezeichnet, die durch an den Dünenhängen abrutschenden Sand erzeugt werden. Sie sind mehr als 10 km hörbar und halten bis zu 15 Minuten an. Bewegen sich Sandkörner in kleinen Lawinen abwärts, wird dadurch die angrenzende Luft in Schwingungen versetzt, so dass eine Schallwelle entsteht. Eine Sandschicht besteht aus bis zu 500 Körnern, so dass sich die einzelnen Töne bei synchroner Bewegung der Sandkörner zu lauten Brummtönen summieren. Ungeklärt ist immer noch der Mechanismus, mit dem die Sandkörner ihre Bewegung synchronisieren. Die von den Dünen erzeugten Töne liegen bei 100 Hz und können eine Lautstärke von bis zu 100 dB erreichen. Bereits bei einem Schalldruckpegel ab 55 dB wird ein Geräusch als Lärmbelästigung empfunden.
Bild eines Hurrikans

Der Kippzylinder in der Ausstellung

Ein zylindrisches Rohr ist mit Sand und Wasser gefüllt. Kippt man das Rohr auf eine Seite, so sammelt sich der Sand im weiter unten liegenden Bereich des Zylinders. Kippt man ihn nun schnell um, so fließt der Sand nach unten. Kommt der Sand zum Liegen, kann man Sandrippel erkennen.