Allgemein gilt für starre Körper, dass mit steigender Strömungsgeschwindigkeit der Widerstand, den ein Körper der Strömung entgegensetzt, quadratisch anwächst. Flexible Objekte wie Bäume, Quallen oder Amöben entziehen sich diesem wachsenden Widerstand durch die Anpassung ihrer Struktur. “Hier nutzen wir eine flexible Faser in einem strömenden Seifenfilm, um diese Reduktion des Widerstands durch das Biegen der Glasfaser zu messen”, beschreibt Silas Alben von der New York University den Versuchsaufbau.
Die Lösung des Rätsels um die Reduktion des Strömungswiderstands liegt in dem Verhältnis zwischen kinetischer Energie des Mediums und der elastischen Biege-Energie, die in der gekrümmten Glasfaser gespeichert ist. Das Verhältnis dieser Größen bezeichnen die Forscher als “nicht-dimensionale Geschwindigkeit”. Für Werte kleiner 1, bei denen die Faser kaum verformt wird, lässt sich der Widerstand klassisch mit der Proportionalität zur Strömungsgeschwindigkeit beschreiben. Oberhalb 1 kommt es jedoch zu einem drastischen Übergang. Die Faser biegt sich stärker unter dem Strömungsdruck, wodurch der wirkende Widerstand gleichzeitig reduziert wird.
Mit zunehmender Beugung steuert der zentrale Bereich der Faser immer weniger zum Gesamtwiderstand bei. Die beiden Enden dagegen verformen sich zunehmend stärker. Ist die kinetische Energie der Strömung viel größer als die elastische Biege-Energie, wird der gesamte Widerstand, der auf die Faser wirkt, von den beiden Endbereichen verursacht. Das ist überraschend, da man vermutet hätte, dass eigentlich das gesamte Faserprofil dafür verantwortlich sei.
Auch wenn es noch kaum technische Anwendungen für diese Erkenntnisse gibt, lassen sich die pfiffigen Strategien von Bäumen und Quallen nun sehr gut nachvollziehen. Je nach der möglichen Strömungsstärke des umgebenden Mediums, weisen sie angepasste Flexibilitäten auf. Denn verringerte Strömungswiderstände oder durch eine Beugung verhinderte Turbulenzen sind für sie unersetzlich, um zu überleben.
