Faraday-Wellen - Wikiwand

Faraday-Wellen, benannt nach Michael Faraday (1791–1867), sind nichtlineare stehende Wellen, die auf Flüssigkeiten auftreten, die von einem vibrierenden Gefäß umschlossen sind. Wenn die Schwingungsfrequenz einen kritischen Wert überschreitet, wird die flache hydrostatische Oberfläche instabil. Dies ist als Faraday’sche Instabilität bekannt. Faraday beschrieb sie erstmals in einem Anhang zu einem Artikel in den Philosophical Transactions of the Royal Society of London im Jahr 1831.^[1] Die Wellen können die Form von Streifen, dicht gepackten Sechsecken oder sogar von Quadraten oder quasiperiodischen Mustern annehmen.^[2]

Variationen in verschiedenen Medien

Die Ausprägung der Faraday-Wellen verändert sich bei unterschiedlichen flüssigen Medien. So kommt es zu besonderen Formationen bei Kombination von Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten^[3]^[4], auch Gas-Partikel-Gemische zeigen eine Verhalten nach dem Muster von Faraday-Wellen.^[5]

Vorkommen in der Natur

Dieses Phänomen wird von Alligatoren genutzt, um ihre Partner zu rufen. Sie lassen ihre Lungen bei niedrigen Frequenzen knapp unter der Oberfläche vibrieren, wodurch sich ihre Stacheln bewegen und Oberflächenwellen hervorrufen. Diese Oberflächenwellen sind im Grunde Faraday-Wellen, und man kann den für bestimmte Resonanzen charakteristischen Spritzeffekt beobachten.^[6]

Technischer Einsatz

Faraday-Wellen werden genutzt, um feine Teilchen in bestimmten Mustern zu gruppieren. In der biomedizinischen Forschung können dadurch z. B. Zellhaufen in eine entsprechende Konfiguration gebracht werden.^[7]^[8]

Faraday-Wellen können auch genutzt werden um die Grenzflächenspannung zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten zu messen.^[9]

Siehe auch

Literatur

Alexander Lauterwasser: Wasser – Klang – Bilder, ISBN 3-85502-775-7

Einzelnachweise

[1]
On a peculiar class of acoustical figures; and on certain forms assumed by groups of particles upon vibrating elastic surfaces. In: Abstracts of the Papers Printed in the Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Band 3, 31. Dezember 1837, ISSN 0365-5695, S. 49–51, doi:10.1098/rspl.1830.0024 (royalsocietypublishing.org [abgerufen am 10. Juli 2023]).
[2]
Mark-Tiele Westra, Doug J. Binks, Willem Van De Water: Patterns of Faraday waves. In: Journal of Fluid Mechanics. Band 496, 10. Dezember 2003, S. 1–32, doi:10.1017/S0022112003005895 (cambridge.org [abgerufen am 10. Juli 2023]).
[3]
Faraday Instability in Floating Drops. Abgerufen am 12. Juli 2023 (deutsch).
[4]
X. Shao, G. Bevilacqua, P. Ciarletta, J. R. Saylor, J. B. Bostwick: Experimental observation of Faraday waves in soft gels. In: Physical Review E. Band 102, Nr. 6, 23. Dezember 2020, ISSN 2470-0045, doi:10.1103/PhysRevE.102.060602 (aps.org [abgerufen am 12. Juli 2023]).
[5]
Qiang Guo, Wei Da, Ryan Wu, Yuxuan Zhang, Jingyi Wei, Christopher M. Boyce: Faraday wave instability analog in vibrated gas-fluidized granular particles. In: Physical Review E. Band 107, Nr. 3, 16. März 2023, ISSN 2470-0045, doi:10.1103/PhysRevE.107.034603 (aps.org [abgerufen am 12. Juli 2023]).
[6]
Peter Moriarty, R. Glynn Holt: Faraday waves produced by periodic substrates: Mimicking the alligator water dance. In: The Journal of the Acoustical Society of America. Band 129, Nr. 4, April 2011, ISSN 0001-4966, S. 2411–2411, doi:10.1121/1.3587858 (aip.org [abgerufen am 10. Juli 2023]).
[7]
Yuqing Zhu, Vahid Serpooshan, Sean Wu, Utkan Demirci, Pu Chen, Sinan Güven: Tissue Engineering of 3D Organotypic Microtissues by Acoustic Assembly. In: Organoids. Band 1576. Springer New York, New York, NY 2017, ISBN 978-1-4939-7616-4, S. 301–312, doi:10.1007/7651_2017_68, PMID 28921421, PMC 7179046 (freier Volltext) – (springer.com [abgerufen am 10. Juli 2023]).
[8]
Pu Chen, Zhengyuan Luo, Sinan Güven, Savas Tasoglu, Adarsh Venkataraman Ganesan, Andrew Weng, Utkan Demirci: Microscale Assembly Directed by Liquid-Based Template. In: Advanced Materials. Band 26, Nr. 34, September 2014, S. 5936–5941, doi:10.1002/adma.201402079, PMID 24956442, PMC 4159433 (freier Volltext) – (wiley.com [abgerufen am 10. Juli 2023]).
[9]
Yuk Man Lau, Jerry Westerweel, Willem van de Water: Using Faraday Waves to Measure Interfacial Tension. In: Langmuir. Band 36, Nr. 21, 2. Juni 2020, ISSN 0743-7463, S. 5872–5879, doi:10.1021/acs.langmuir.0c00622, PMID 32316735, PMC 7271556 (freier Volltext) – (acs.org [abgerufen am 12. Juli 2023]).

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