Wer kennt ihn, den Wackeltopf?
Der Wackeltopf in der Raschberghütte.
Langsam wird es Zeit, sich mit einem Phänomen auseinanderzusetzen, das ab und zu auf dem Herd der Raschberg-Hütte in Erscheinung tritt.
Der große Spaghetti-Kochtopf wackelt unaufhörlich, so bald sein Inhalt – Kochwasser – heiß genug ist und von unten durch den Holzofen-Herd weiterhin befeuert wird.
Daher zu Beginn in “Wackeltopf – Teil #1” die einführende Erläuterung, worum es sich hierbei handelt, was die Rahmenbedingungen sind und Ansätze einer These.
In “Wackeltopf – Teil #2” wird hoffentlich der Sache schon etwas mehr ursächlicher Gehalt entnehmen zu sein, um dann in “Wackeltopf – Teil #3” die dahinterliegende Theorie zu offenbaren.
Alleine der Gedanken, dafür in einem annehmbaren Zeitraum tatsächlich eine Lösung zu finden, treibt mir die Schweißperlen an die Stirn.
Vielleicht gelingt nur die These?
Mal sehen, wie weit man kommen wird ..
Aber es sollte das Ziel gesetzt werden, durch eine verständliche Abklärung, dieser mechanischen Besonderheit auf den Grund zu gehen.
Die Rahmenbedingungen
- Ein großer, zylindrischer Kochtopf, ca.35cm hoch, mit einem Durchmesser von ca. 30cm.
- Zu dreiviertel mit fast kochendem Wasser gefüllt, geschätzt etwa 90°C (wäre nachzumessen)
- Die Boden-Standfläche des Topfes weist zentral eine gewisse Unebenheit auf, mit einem geschätzten Scheitel-Abstand von ca. 5mm.
- Der Topf wird von unten über seine Standfläche durch eine holzbefeuerte Herdfläche aus Stahl beheizt.
Phänomen
Eigenständig ausgelöste Wackelbewegung des Topfes, über das Schaukel-Lager der Scheitelwölbung am Topfboden.
Solange der Herd befeuert wird und der Topf in seiner Schaukelbewegung nicht gehindert wird, setzt dessen alternierende Bewegung unablässig fort.
These
Schwappen des Kochwassers aufgrund innerer, thermodynamischer Effekte, unterstützt durch thermisch bedingte Änderungen des Scheitelpunktes an der Topf-Standfläche.
Wie geht “Schwappen”?
Ein Ansatz, der hier gewählt wird, ist der einer Untersuchung der “Liquid Sloshing Dynamics Theory“, auf die Abbildbarkeit auf unser Phänomen.
Schwappende Flüssigkeiten konnten bereits in mathematischen Modellen beschrieben werden und erfolgreich in Simulationen umgesetzt werden.
Das Problem des Flüssigkeitstransports – in Flugzeugen, LKW-Tanker, oder in Schiffen – war unter anderem die Ursache, warum es dazu weitgehende Auseinandersetzungen mit diesem Thema gegeben hatte und gibt.
Bei mathematischen Modellen geht man am besten von vereinfachten Ausgangsbedingungen aus. So haben wir für unsere Recherche vielleicht Glück, denn das beobachtete Wackelobjekt ist mehr oder weniger ein Zylinder – UND:
Bei einer zweidimensionalen Untersuchung von Flüssigkeitsbewegungen in rechteckigen Tanks, hängt deren natürliche Eigenfrequenz vom Verhältnis der Flüssigkeitstiefe zu ihrer Ausdehnung – “Weite” – ab. (vgl. Ibrahim, Raouf A., 2005, Liquid Sloshing Dynamics)
Es gibt also die natürliche Eigenfrequenz von Flüssigkeiten in Behältern und das nehmen wir am besten zum Anlaß einer Erweiterung der angenommenen These:
Erweiterung der These
Der Kochtopf wackelt mit der Eigenfrequenz des schwappenden Kochwassers.
Man kann daher annehmen, dass sich der Kochtopf mit seinem Kochwasser in einen Resonzanz-Zustand schwappt.
In diesem Fall – Resonanz-Zustände – weiß man z.B., dass nicht viel kontinuierlich hinzuzuführende Energie notwendig ist, um an ein Amplitudenmaximum heran zu kommen.