Der Mathematiker Lord Kelvin hat 1871 vor über 150 Jahren ein isotropes Helikoid entworfen, das sich in viskoser Flüssigkeit seinen Berechnungen zufolge ungewöhnlich verhält. Forscher der Wesleyan University haben nun einen Weg gefunden, diese Figur mit dem 3D-Drucker herzustellen und den Beweis für die Theorie anzugehen. Jetzt wurden die Ergebnisse veröffentlicht.

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Der Mathematiker Lord Kelvin hat 1871 eine Form beschrieben, die sich in einer Flüssigkeit ungewöhnlich verhält. Mit dem 3D-Druck waren Forscher der Wesleyan University nun in der Lage, diese Form in der wirklichen Welt zu untersuchen. Sie kamen zu dem Schluss, dass Kelvin sich wohl geirrt hat. Die Reaktion des isotropen Helikoids wurde bereits in einigen Fachbüchern der Strömungslehre besprochen, aber noch nie direkt untersucht. Ihre Arbeit mit dem Titel „Lord Kelvin’s isotropic helicoid“ wurde im Magazin Physical Review Fluids vorgestellt. Ingenieure des MIT haben sich ebenfalls den 3D-Druck zunutze gemacht, um ein Brückenkonzept von Leonardo Da Vinci nachzubauen. Sie wollten herausfinden, ob die Brücke gehalten hätte.

Details zum isotropen Helikoid

3D-gedrucktes isotropes Helikoid
Die Forscher stellten ein 3D-gedrucktes isotropes Helikoid her (im Bild), um die Theorie von Lord Kelvin nachzuweisen (Bild © Greg Voth, Wesleyan University).

Ein isotropes Helikoid muss unabhängig von der Ausrichtung den gleichen Widerstand von einer Flüssigkeit erfahren. Das ähnelt dem Verhalten einer rotierenden Kugel, wenn sie sich durch die Flüssigkeit bewegt. Kelvin nahm an, dass das isotrope Helikoid, wenn es in einen Tank mit viskoser Flüssigkeit fallen gelassen wird, sich beim Sinken ähnlich wie ein Propeller dreht.

Mit seinen Kollegen untersuchte Greg Voth von der Wesleyan University in Middletown, Connecticut, fünf verschiedene 3D-gedruckte Formen, die isotrope Helikoide darstellten. Alle waren etwas mehr als einen Zentimeter groß und wurden in einen Tank mit Silikonöl fallen gelassen. Keine einzige der mit dem 3D-Drucker hergestellten Formen begann zu rotieren, womit sich Kelvins Vorhersage als falsch erwies.

Greg Voth von der Wesleyan University sagt dazu:

„Man könnte annehmen, dass in den vergangenen 150 Jahren jemand Kelvins Originalarbeit untersucht hat. Es scheint sogar, dass er es probiert hätte. Ich vermute, dass Leute versucht haben, diese Partikel herzustellen, aber sie waren technisch zu stark eingeschränkt, so dass es nie zu einer Veröffentlichung der Ergebnis kam, also liegt es jetzt an uns, die Hypothese zu überprüfen.“

Lag Kelvin doch richtig?

Die Forscher berechneten bei der Untersuchung der hydrodynamischen Effekte, dass es wohl eine Verbindung oder Kopplung zwischen der Bewegung und Rotation ihrer Partikel gab, die Kelvins Kriterien erfüllten. Doch sie waren derart winzig, dass sie keinen nachweisbaren Effekt haben. Mit seinem Team möchte Voth jetzt an einem isotropen Helikoid arbeiten, bei dem die Kopplung messbar sein könnte. Damit könnten sie die Idee von Lord Kelvin doch noch bestätigen. Im 3D-grenzenlos Magazin erhalten Sie mehr Einsatzbereich des 3D-Drucks in der Forschung, sowie regelmäßig neu im 3D-grenzenlos Magazin-Newsletter (hier abonnieren).

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