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Numerische Simulation einer Kettenfontäne
Finanzierung:
Haushalt;
Die Dynamik mechanischer Ketten wird zwar schon seit dem 17. Jahrhundert untersucht, gibt aber immer wieder Anlass zu kontraintuitiven Phänomenen. Ein durch ein YouTube-Video von Steve Mould (http://www.youtube.com/watch?v=_dQJBBklpQQ) bekannt gewordenes Beispiel ist der Kettenspringbrunnen. Eine geeignete Kette (inzwischen gibt es einige Erfahrungen, wann eine Kette geeignet ist und wann nicht) liegt zunächst zusammengerollt in einem Becher. Eines ihrer Enden wird über dessen Rand gezogen und die Kette so in Bewegung gesetzt, dass sie durch die Zugkraft ihres fallenden Endes aus dem Becher rauscht. Das tut sie aber nicht, wie man vielleicht erwarten würde, durch einfaches Gleiten nach unten (ungeeignete Ketten verhalten sich allerdings genau so). Stattdessen steigt ein Teil von ihr wie eine Wasserfontäne relativ weit über den Becherrand nach oben. Die Kette sieht dann aus wie der Wasserstrahl eines Springbrunnens.
Erklärungen des Phänomens gehen davon aus, dass die den Becher verlassenden Kettenglieder von ihrer Startfläche eine Kraft nach oben erfahren. Durch direkte Simulation einer Kette aus konvexen zweidimensionalen Teilchen, die durch gedämpfte Federn verbunden sind, mithilfe eines DEM-Simulationssystems für granulare Medien, das in der Arbeitsgruppe existiert, soll der Sache auf den Grund gegangen werden. Sobald eine Kettenfontäne in der Simulation erreicht ist, können alle an den einzelnen Teilchen angreifenden Kräfte gemessen werden. Die Simulationen erlauben eine detaillierte Untersuchung aller mikroskopischen Systemgrößen und führen hoffentlich zu einem besseren Verständnis des Mechanismus der Bildung von Kettenfontänen.

Schlagworte

Chain fountain, Diskrete-Element-Simulationen, granulare Aggregate, granulare Medien, konvexe Polygone
Kontakt
Prof. Dr. Klaus Kassner

Prof. Dr. Klaus Kassner

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Fakultät für Naturwissenschaften

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39106

Magdeburg

Tel.+49 391 6718799

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klaus.kassner(at)ovgu.de

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