28.07.2021 - Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Studie zeigt, warum Bierdeckel nicht in einer geraden Linie fliegen

Physiker analysierten ein bisher kaum erforschtes Phänomen

Bierdeckel schützen Tische vor unschönen Kondensationsringen. Manchmal werden sie aber auch als Wurfgeschosse missbraucht. Meist mit wenig Erfolg: Schon nach kurzer Zeit verlässt der Pappuntersetzer seine Bahn, dreht sich zur Seite und fällt zu Boden. Doch warum ist das so?

Dieser Frage sind nun Physiker des Helmholtz-Instituts für Strahlen- und Kernphysik und des Argelander-Instituts für Astronomie der Universität Bonn nachgegangen. Demnach ist das Verhalten des Bierdeckels, zumindest bei der üblichen Wurftechnik, unvermeidlich: Nach spätestens 0,45 Sekunden beginnt er unweigerlich abzudriften. Spielkarten gehen schon nach 0,24 Sekunden schief, CDs nach 0,8 Sekunden.

Der Grund dafür ist das Zusammenspiel von Schwerkraft, Auftrieb und Drehimpulserhaltung: Die Matte kippt kurz nach dem Wurf aufgrund der Schwerkraft nach hinten. Dadurch erhält sie einen Anstellwinkel, ähnlich wie bei einem landenden Flugzeug. Dieser Winkel erzeugt Auftrieb in der Luftströmung. "Allerdings wirkt die Auftriebskraft nicht in der Mitte der Matte, sondern im vorderen Drittel", erklärt Doktorand Johann Ostmeyer, der die Idee für die Studie hatte.

Normalerweise würde der runde Karton dadurch schnell umkippen. Und das tut er tatsächlich - allerdings nur, wenn er auf eine eher unkonventionelle Weise geworfen wird. "Ein Bierdeckel wird normalerweise beim Werfen gedreht, ähnlich wie eine Frisbee", sagt Ostmeyers Kollege Christoph Schürmann vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn. "Dadurch wird er zu einer Art Kreisel." Diese Rotation stabilisiert den Flug und verhindert ein Umkippen. Stattdessen bewirkt die Auftriebskraft, dass die Matte zur Seite abdriftet - nach rechts, wenn sie gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, sonst nach links.

Bierdeckel-Wurfmaschine konstruiert

Gleichzeitig richtet sich die Matte auf - sie liegt also nicht mehr parallel zum Boden, sondern steht aufrecht in der Luft wie ein rotierendes Rad. In dieser Position hat die Matte einen Backspin - würde sie sich tatsächlich wie ein Rad auf dem Boden aufrichten, würde sie also zu ihrem Ausgangspunkt zurückfliegen. Während des Fluges verliert sie schnell an Höhe und fällt zu Boden. Dieser Vorgang ist charakteristisch für alle flachen, runden Objekte.

Die Idee zur Studie entstand bei einer Exkursion des Physik-Showteams der Universität Bonn nach München. Die Veranstaltung fesselt regelmäßig mehrere hundert Besucher mit ihren faszinierenden physikalischen Experimenten. Beim gemeinsamen Besuch einer Bar fragten sich die Teilnehmer, warum sich fliegende Bierdeckel so verhalten, wie sie es tun.

Nach ihrer Rückkehr gingen die Physiker dieser Frage systematisch nach: Sie konstruierten eigens eine Bierdeckel-Wurfmaschine und zeichneten die Flüge mit einer Hochgeschwindigkeitskamera auf. So konnten sie überprüfen, ob ihre theoretischen Vorhersagen mit ihren praktischen Beobachtungen übereinstimmen. "Eine Anwendung für das Projekt gibt es nicht", erklärt Prof. Dr. Carsten Urbach vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik, einem Institut der Fakultät für Physik und Astronomie der Universität Bonn. "Aber das Problem ist für Laien und Physiker gleichermaßen klar. Und es veranschaulicht wunderbar den gesamten Prozess der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung - von der Beobachtung über die Theorie und ihre experimentelle Überprüfung bis hin zu ihrer Anpassung und Weiterentwicklung."

Spielkarten legen Distanzen von bis zu 60 Metern zurück

Am stabilsten und damit am weitesten reisen Bierdeckel übrigens, wenn sie sehr schnell rotieren - ein Trick, den auch der weltbeste Spielkartenwerfer Rick Smith Jr. beherrscht, dessen Rekordwurfweite bei über 60 Metern liegt. Allerdings sind schnell rotierende Bierdeckel nicht länger als 0,45 Sekunden geradeaus unterwegs. "Wer wirklich weit und präzise werfen will, sollte den Bierdeckel senkrecht stellen und eine Rückwärtsrotation anwenden", erklärt Ostmeyer - und warnt dann im gleichen Atemzug vor möglichen Verletzungen.

Nicht umsonst findet sich am Ende der Publikation eine vorsorgliche Entschuldigung: "Wir entschuldigen uns aufrichtig bei allen, die von einem Bierdeckel getroffen werden, sei es durch ungenaues Zielen oder dadurch, dass wir andere zu dummen Experimenten anstiften."

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