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Ich denke jeder von euch kennt die Bottle Flip Challenge…
…doch was steckt physikalisch dahinter?
Die Bottle Flip Challenge… wie immer bin ich rechtzeitig was Trends angeht. Nachmachen könnt ihr das Experiment trotzdem einfach selber. Ihr braucht dafür eine leere Plastikflasche. Am besten soll sich dafür eine Flasche dieser Form eignen mit einer schönen Taille [pfeif]. Diese füllt ihr nun bis zu einem Drittel mit Wasser so dass sie zu einem Drittel gefüllt bzw. für die Pessimisten unter euch – zu einem Zweidrittel leer ist. Ihr schwingt die Flasche nun wie im Video gezeigt am Deckel fassend so in die Luft das sie sich im Besten Fall einmal dreht und dann auf dem Boden landet. Das funktioniert erstaunlich gut.
Und warum das so gut funktioniert liegt an ganz einfacher Physik: Drehmoment + Fluiddynamik. Schauen wir aber mal etwas genauer hin, um zu verstehen was physikalisch passiert.
Jedes Objekt besitzt einen sogenannten Schwerpunkt. Dieser Massenmittelpunkt ist einfach gesagt das „Zentrum der Masse“ eines Körpers. Zum Beispiel der Punkt wenn ihr ein Bleistift auf eurem Finger balanciert. Der Schwerpunkt liegt bei unserer Flasche, auf Grund der Befüllung, im unteren Drittel. Das ist wichtig, denn um diesen Punkt rotiert ein Körper. Das ist essentiell für unseren Bottle Flip Versuch.
Mit Hilfe der Fluiddynamik wissen wir, dass Flüssigkeiten wie Wasser sich mit bewegen und so sich der Schwerpunkt bei dem Wurf mit verändert. Ziel ist es, denn Schwerpunkt nach oben zu bringen, so dass sich die Flasche einmal um sich selbst, also den Schwerpunkt dreht. Das nennt sich dann Drehmoment. Denn das Drehmoment beschreibt die Drehwirkung einer Kraft eines Körpers. Was wir also wollen ist, dass unsere nach oben außen gerichtete Kraft Fz am höchsten Punkt gleich groß ist wie Gewichtskraft FG der Erde.
So ähnlich wie mit dem Eimer Wasser den wir über unseren Kopf schwingen ohne Nass werden zu wollen. Dadurch ergibt sich die Formel für die minimale Geschwindigkeit die der Eimer haben muss: . Bei einem 1m Seil würde das einer Geschwindigkeit von ca. 11km/h entsprechen. Ist der Eimer zu langsam… naja…
Sobald sich die Flasche um sich selber gedreht hat, also am höchsten Punkt stand, verlangsamt sich die Drehbewegung wieder. Der flüssige Inhalt + dem Schwerpunkt wandert Richtung Boden. Ein entscheidender Moment für die Bottle Flip Challenge. Denn der Schwerpunkt drückt nun die Flasche auf den Tisch so dass sie stehen bleibt (oder auch nicht). Denn je nachdem ob dein Wurf zu lasch oder zu stark war, liegt der Schwerpunkt noch an der Flaschenwand und lässt sich kippen.
Das ist auch der Grund wieso die Flasche nur bis zu einem Drittel gefüllt sein soll. Bei einer halbvollen Flasche, liegt der Schwerpunkt zu weit oben und kann, wenn die Flasche zu schräg aufkommt, dafür Sorgen dass sie schneller kippt.
Ein schönes Experiment der klassischen Mechanik und funktioniert aus den eben erklärten Gründen recht gut. Sicherlich ein Grund wieso das ganze Viral gegangen ist. Vielleicht solltet ihr das mal euren Physik Lehrern vorschlagen. Aber so viel zur Theorie. Die Praxis zeigt, dass das leider nicht immer klappt…