Het is bijna onmogelijk om thee in te schenken zonder te morsen. Vaak blijft de straal thee aan de tuit ‘plakken’ en glijdt de vloeistof langs de theepot naar beneden. Een groep Nederlandse onderzoekers zocht uit wanneer dit ‘theepoteffect’ optreedt.
Al honderden, mogelijk duizenden jaren lang kwellen druppelende theepotten, wijnflessen en kannen de mensheid. Na lang experimenteren ontdekten theepotmakers dat een scherpe rand ervoor zorgt dat je minder morst. Onderzoekers hebben het effect van de tuitronding nu in beeld gebracht en gemodelleerd.
Cilinders in plaats van tuiten
Om het theepoteffect te modelleren, hebben de onderzoekers niet met theepotten geëxperimenteerd, maar met cilinders. ‘Het is lastig om systematisch onderzoek te doen naar verschillende tuitvormen’, zegt natuurkundige Jacco Snoeijer van de Universiteit Twente. ‘Daarom gebruiken we cilinders van verschillende groottes waar we waterstralen op schieten.’
Een cilinder lijkt niet op een tuit of een flesopening. Maar de ronding van de cilinder kan de ronding van de tuit- of flesrand wél nabootsen. Onder bepaalde omstandigheden blijven de waterstralen aan de cilinders plakken en glijden erlangs naar beneden, net als bij een theepottuit.
Helix stroompje
Voor hun onderzoek spoten de wetenschappers smalle stralen water op een glazen of teflon cilinder. Bij een dunne cilinder en een hoge snelheid buigt de waterstraal een beetje af, maar gebeurt er verder weinig. Hoe dikker de cilinder en hoe lager de stroomsnelheid, hoe meer de waterstraal om de cilinder heen gebogen wordt.
De onderzoekers zagen dat vanaf een bepaalde stroomsnelheid de straal zich om de cilinder heen slingert en in een helixvormig stroompje naar beneden wervelt. Bij welke snelheid dat precies gebeurt, is afhankelijk van de dikte van de cilinder en de dikte van de straal.
Uit de bocht
‘Je kunt het vergelijken met een auto die uit de bocht vliegt’, zegt Snoeijer. ‘Om los te komen van het oppervlak, moet de straal uit de bocht vliegen. Net als bij de auto geldt: hoe scherper de bocht en hoe hoger de snelheid, hoe gemakkelijker je eruit vliegt.’ De scherpste ronding vind je bij de smalste cilinders. Daarbij liet de waterstraal in het experiment ook gemakkelijk los en vormde geen vastgeplakt, helixvormig stroompje.
Als je thee wil schenken zonder te morsen, wil je dus gebruikmaken van scherpe rondingen en een hoge stroomsnelheid. Maar ook het materiaal van de cilinder (of de theepot) speelt een rol. De adhesie tussen water en glas is sterk, waardoor het de waterstralen gemakkelijk aan de glazen cilinders blijven plakken. Bij teflon is die adhesie zwakker, waardoor de waterstralen sneller loslaten.
Bij het experiment waren de stralen enkele tienden millimeter breed. De doorsnee van de cilinders varieerde van één tot veertien millimeter. En de stroomsnelheid werd vertraagd van ruim één naar ruim een halve milliliter per seconde.