Physik des Alltags: Wenn man einen Bierdeckel wirft, beginnt er schon nach kurzem Flug seitlich abzudrehen und trudelt zu Boden – aber warum? Das haben Physiker jetzt näher untersucht. Ihr Ergebnis: Anders als bei einem Frisbee sorgen Schwerkraft und Auftrieb dafür, dass sich der Bierdeckel beim Flug vorne hebt. In Kombination mit der Rotation führt dies zum typischen Wegtrudeln. Aber es gibt auch eine Technik, mit der der Deckel weiter fliegt.
Ob eine Formel für die perfekte Pizza, die Lösung des Spaghetti-Problems oder des Rätsels der aufgehenden Schnürsenkel – die Physik liefert für viele Alltagsphänomene eine Antwort. Sie erklärt, warum Wassertropfen beim Aufprallen spritzen, wie eine Seifenblase entsteht oder die Schichten im Latte Macchiato. Selbst das Muster, das ein eintrocknender Whiskeytropfen hinterlässt, ist pure Physik – und faszinierend vielfältig.
Warum trudeln Bierdeckel?
Ein weiteres Alltagsphänomen haben sich nun Physiker der Universität Bonn vorgenommen: das Flugverhalten von Bierdeckeln. Wer schon einmal versucht hat, diese aus Pappe bestehenden Getränkeunterlagen zu werfen, weiß: Es ist schier unmöglich, sie in eine gerade Flugbahn zu bringen. Schon nach kurzer Zeit trudelt der Bierdeckel zur Seite und fällt zu Boden.
Aber warum? Mithilfe von physikalischen Modellen und einer eigens konstruierten Bierdeckel-Wurfmaschine sind Johann Ostmeyer vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik und sein Team dieser Frage nachgegangen. Das Wurfgerät erlaubte es ihnen, Bierdeckel mit jeweils reproduzierbarem Drehimpuls und Geschwindigkeit zu werfen, eine Hochgeschwindigkeitskamera filmte das Verhalten des Bierdeckels in der Luft.
Anstellwinkel bringt Deckel aus der Bahn
Die Analysen enthüllten: Das seitliche Wegtrudeln des Bierdeckels ist bei der klassischen „Frisbee“-Wurftechnik unausweichlich: Nach spätestens 0,45 Sekunden beginnt er unweigerlich abzudriften. Spielkarten kommen schon nach 0,24 Sekunden auf die schiefe Bahn, CDs erst nach 0,8 Sekunden. Denn die Rotation, die den gewölbten Frisbee im Flug stabilisiert und geradeaus fliegen lässt, bringt beim flachen Bierdeckel nicht den gewünschten Effekt.
Grund dafür ist das Zusammenspiel von Gravitation, Auftrieb und Drehimpuls-Erhaltung: Schon kurz nach dem Wurf kippt der Bierdeckel durch die Schwerkraft leicht nach hinten. Dadurch bekommt er einen Anstellwinkel, der im Luftstrom ähnlich wie bei einer Flugzeugtragfläche für Auftrieb sorgt. „Allerdings greift die Auftriebskraft nicht im Zentrum des Deckels an, sondern im vorderen Drittel“, erklärt Ostmeyer. Fliegt der Bierdeckel ohne Rotation, wird der Anstellwinkel immer steiler, bis der Deckel sich schließlich senkrecht stellt oder sogar überschlägt. Als Folge verliert er jeden Auftrieb und stürzt ab.
Rotation führt zum Backspin
Beim normalen Werfen bekommt der Bierdeckel allerdings meist einen Drehimpuls mit auf den Weg: „Meist wird ein Bierdeckel beim Wurf in Drehung versetzt, ähnlich wie ein Frisbee“, sagt Koautor Christoph Schürmann vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn. Diese Rotation verhindert das Überschlagen. Stattdessen führt die ungleich einwirkende Auftriebskraft dazu, dass der Deckel zur Seite abdriftet – nach rechts, wenn er linksherum rotiert, andernfalls nach links.
Gleichzeitig richtet der Deckel sich auf – er liegt also nicht mehr parallel zum Boden, sondern steht in der Luft, wie ein rotierendes Rad. In dieser Position hat der Deckel einen Backspin – würde er tatsächlich wie ein Rad auf dem Boden stehen, würde er also zum Ausgangspunkt zurücklaufen. Im Flug verliert er nun schnell an Höhe und fällt zu Boden. Dieser Ablauf ist für alle flachen, runden Objekte charakteristisch. Selbst bei sehr schneller Rotation bleiben die Bierdeckel dadurch nicht länger als 0,45 Sekunden in der geraden Bahn.
Gibt es einen Trick?
„Wer wirklich weit und genau werfen möchte, der sollte die Deckel direkt senkrecht aufrichten und in Rückwärtsdrehung versetzen“, erklärt Ostmeyer. Diese Technik kann allerdings buchstäblich ins Auge gehen, wenn man den Bierdeckel zum falschen Zeitpunkt loslässt. Nicht umsonst findet sich am Ende der Publikation eine vorsorgliche Abbitte: „Unsere ehrliche Entschuldigung gilt allen, die von einem Bierdeckel getroffen wurden, sei es durch ungenaues Zielen oder dadurch, dass andere durch uns zu albernen Experimenten angestiftet wurden.“
Und der Sinn des Ganzen? „Einen Anwendungsbezug hat das Projekt nicht“, erklärt Carsten Urbach vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik. „Allerdings ist das Problem für Laien und Physiker gleichermaßen anschaulich. Und es bildet sehr schön den kompletten Prozess ab, in dem die Naturwissenschaften Erkenntnisse gewinnen – von der Beobachtung über die Theorie und ihre experimentelle Überprüfung bis gegebenenfalls hin zu ihrer Anpassung und Weiterentwicklung.“ (European Physical Journal Plus, 2021; doi: 10.1140/epjp/s13360-021-01732-1)
Quelle: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
