"Tekannaeffekten" har hotat fläckfria vita dukar i evigheter:om en vätska hälls ut ur en tekanna för långsamt, så lossnar ibland inte vätskeflödet från tekannan, utan letar sig in i koppen, utan droppar ner. på utsidan av tekannan.

Detta fenomen har studerats vetenskapligt i decennier – nu har ett forskarlag vid TU Wien lyckats beskriva "tekannaeffekten" fullständigt och i detalj med en utarbetad teoretisk analys och många experiment:Ett samspel av olika krafter håller kvar en liten mängd vätska direkt vid kanten, och detta är tillräckligt för att omdirigera vätskeflödet under vissa förhållanden.

En effekt med en lång historia

"Tekannaeffekten" beskrevs första gången av Markus Reiner 1956. Reiner doktorerade vid TU Wien 1913 och emigrerade sedan till USA, där han blev en viktig pionjär inom reologi – vetenskapen om flödesbeteende. Om och om igen har forskare försökt förklara denna effekt exakt. Arbetet med detta ämne belönades med det satiriska "IG Nobelpriset" 1999. Nu har forskningen om tekannaeffekten fullbordats, eftersom den studerades vid Reiners alma mater, TU Wien, av ett team runt Dr. Bernhard Scheichl, föreläsare vid Institute of Fluid Mechanics and Heat Transfer och nyckelforskare vid Austrian Centre of Excellence for Tribology (AC2T research GmbH), i samarbete med Institutionen för matematik vid University College London.

"Även om detta är en mycket vanlig och till synes enkel effekt är det anmärkningsvärt svårt att förklara den exakt inom ramen för flödesmekaniken", säger Bernhard Scheichl. Den vassa kanten på undersidan av tekannäbben spelar den viktigaste rollen:en droppe bildas, området direkt under kanten förblir alltid vått. Storleken på denna droppe beror på den hastighet med vilken vätskan rinner ut ur tekannan. Om hastigheten är lägre än en kritisk tröskel kan denna droppe styra hela flödet runt kanten och dribbla ner på tekannans yttervägg.

"Vi har nu för första gången lyckats ge en fullständig teoretisk förklaring av varför denna droppe bildas och varför undersidan av kanten alltid förblir blöt", säger Bernhard Scheichl. Matematiken bakom är komplicerad – det är ett samspel av tröghet, trögflytande och kapillärkrafter. Tröghetskraften säkerställer att vätskan tenderar att behålla sin ursprungliga riktning, medan kapillärkrafterna bromsar vätskan precis vid näbben. Samverkan mellan dessa krafter är grunden för tekannaeffekten. Kapillärkrafterna säkerställer dock att effekten bara börjar vid en mycket specifik kontaktvinkel mellan väggen och vätskeytan. Ju mindre denna vinkel är eller ju mer hydrofilt (dvs. vätbart) materialet i tekannan är, desto mer bromsas lossningen av vätskan från tekannan.

Te i rymden

Intressant nog spelar inte tyngdkraften i förhållande till de andra krafterna som uppstår någon avgörande roll. Tyngdkraften bestämmer bara i vilken riktning strålen riktas, men dess styrka är inte avgörande för tekannaeffekten. Tekannaeffekten skulle därför också observeras när man dricker te på en månbas, men inte på en rymdstation utan gravitation alls.

De teoretiska beräkningarna av tekannaeffekten publicerades av forskargruppen i september 2021 i Journal of Fluid Mechanics . Nu genomfördes även experiment:Vatten hälldes från en lutande tekanna med olika flödeshastigheter och filmades med höghastighetskameror. På så sätt var det möjligt att visa exakt hur vätning av kanten under en kritisk hällhastighet leder till "tekannaeffekten", vilket bekräftar teorin.