Wie ein Fisch im Wasser - Energie sparen mit Schleim

Das natürliche Vorbild …

Der Strömungswiderstand von Wasser ist viel höher als der von Luft. Fische verbrauchen deshalb mehr Energie als Landtiere, wenn sie sich fortbewegen. Doch die Evolution hat Wege gefunden, den Energieaufwand beim Schwimmen durch das Wasser möglichst gering zu halten. Eine Möglichkeit ist die Dämpfung von Turbulenzen durch Schleimsubstanzen aus der Stoffklasse der Glykoproteine. Doch wie verringert die Schleimschicht den Widerstand des Fisches im Wasser?

… und wie es funktioniert

Strömen Wassermoleküle an einer Oberfläche entlang und berühren diese, bremst die Reibung sie bis zum Stillstand. In einer dünnen Grenzschicht steigt die Geschwindigkeit der strömenden Teilchen auf den Wert der Außenströmung an. Teilchen verschiedener Geschwindigkeit können sich dabei in Wirbeln vermischen. Diese Unordnung der Grenzschicht nennt man „turbulente Strömung“.

Der Fischschleim senkt den Widerstand im Mikro- und Nanometerbereich. Die Wirbel der turbulenten Strömung verfangen sich in den langkettigen Molekülen und verlieren dabei an Energie: Die Turbulenz wird gedämpft. Mögliche technische Nutzungen ergeben sich zum Beispiel bei der Feuerwehr.

Bildunterschriften

Hechtschleim wird auf einen Versuchskörper übertragen.

Künstlicher Fischschleim aus Polyethylenglykol im Rasterelektronenmikroskop.

Wirbeldämpfung in einem Flüssigkeitsstrahl durch Polyethylenglykol

Text der Informationstafel im Botanischen Garten