Es ist eine Kombination aus zwei Effekten: Auftrieb und Haftung.

Der Auftrieb hebt den Korken so weit wie möglich an, bis er sein eigenes Wassergewicht verdrängt (Archimedes-Prinzip). Aus diesem Grund sucht der Korken den höchsten Punkt des Wasserspiegels.

Aufgrund der Haftung zwischen den Wassermolekülen und dem Glas ist der Wasserspiegel an den Rändern am höchsten ( der Wasserstand ist konkav). Infolgedessen bewegt sich der Korken zu den Seiten.

Wenn Sie das Glas bis zum Rand füllen, wird der Wasserstand (aufgrund der Oberflächenspannung) konvex und der Korken bleibt in der Mitte

Siehe auch diese Website und dieses Youtube-Video.

Zusätzliche Informationen

Zufällig tauchte gestern in einem niederländischen Wissenschaftsprogramm eine sehr ähnliche Frage auf, und ich erfuhr, dass es tatsächlich einen Namen für dieses Phänomen gibt: den Cheerios-Effekt. Der Name leitet sich von der Tatsache ab, dass kleine schwimmende Gegenstände auf einer Flüssigkeit, wie Blasen auf Wasser oder Cheerios auf Milch, dazu neigen, sich zu verklumpen oder an den Wänden zu haften.

Der Grund ist der gleiche wie meine Antwort oben: Auf ein schwimmendes Objekt wirken zwei Kräfte: der Auftrieb (der versucht, das Objekt aus der Flüssigkeit herauszudrücken) und die Oberflächenspannung (die versucht, das Objekt in der Flüssigkeit zu halten). Das Ergebnis ist ein Kompromiss, bei dem das Objekt teilweise aus der Flüssigkeit herausgedrückt wird, wodurch sich die Oberfläche verformt: Es bildet sich ein kleiner Hügel.

In der Nähe befindliche schwimmende Objekte sind von dieser Verformung betroffen: Ein schwimmendes Objekt sucht das Der höchste Punkt in einer Flüssigkeit (der Auftrieb bewirkt, dass sie sich entlang der Oberfläche erhebt und nach oben bewegt), sodass sie sich in Richtung des vom anderen Objekt gebildeten „Hügels“ bewegt. Daher sammeln sich Blasen (oder Cheerios).

Ein ähnlicher Effekt tritt bei Objekten auf, die dichter als die Flüssigkeit sind, aber nicht zu schwer, damit sie dank der Oberflächenspannung nicht sinken. Büroklammern sind ein Beispiel. Diese Objekte drücken tatsächlich die Flüssigkeit nach unten und bilden ein kleines "Tal" in der Oberfläche um sie herum. Ein solches Objekt sucht jedoch auch den niedrigsten Punkt auf der Oberfläche, was bedeutet, dass nahe gelegene dichte Objekte wieder voneinander angezogen werden. Büroclips gruppieren sich also auch.

Was passiert, wenn ein Objekt weniger dicht als die Flüssigkeit (z. B. ein Cheerio) neben einem Objekt dichter ist als die Flüssigkeit (zB eine Büroklammer)? Der erste schafft einen Hügel und sucht den höchsten Punkt, der zweite schafft ein Tal und sucht den niedrigsten Punkt. Das Ergebnis ist also, dass sie sich gegenseitig abstoßen!

Es gibt ein sehr schönes Papier, das diese Effekte ausführlicher erklärt:

The ' Cheerios-Effekt “(Vella & Mahadevan, 2004).

Was zu passieren scheint, ist, dass Kapillareffekte in Gegenwart der Schwerkraft eine Situation erzeugen, in der der im Glas maximal dezentralisierte Korken einer minimalen Energiekonfiguration entspricht.

Ich vermute, dass der Korken nicht benetzt ist und daher von einer Wasseroberfläche umgeben ist, die sich in der Nähe des Korkens nach unten biegt, wodurch insgesamt eine winzige Wasserzunahme entsteht Ebene im Glas. Wenn der Korken am Rand des Glases anliegt, wird dieser Anstieg des Wasserstandes minimiert.

Wenn all dies richtig ist, sollte der Effekt verschwinden, wenn der Korken durch ein schwimmendes Material ersetzt wird, das wasserfeucht ist.

Ich habe die Antwort auf diese Frage in einem 1914 veröffentlichten Buch nachgeschlagen - Sie erhalten nicht viele Zitate, die 99 Jahre alt sind! Für Interessierte ist das Buch "A Textbook of Physics Vol 1" von J. H. Poynting und J. J. Thompson, Seite 188 in meinem Exemplar. Das ist übrigens derselbe J. J. Thompson, der das Elektron entdeckt hat - Poynting hat einen nach ihm benannten Vektor, obwohl wahrscheinlich nur Physiker davon gehört haben.

Angenommen, Sie haben zwei parallele Platten, die teilweise in eine Flüssigkeit eingetaucht sind. In unserem Fall ist eine Platte die Wand des Bechers und die andere die Seite des Korkens (sie sind nicht genau parallel, aber es ist eine vernünftige Annäherung.

) Die Flüssigkeit zwischen den Platten steigt aufgrund der Kapillarwirkung auf. Die Höhe des Anstiegs ist gegeben durch:

$$ h = \ frac {2 \ gamma \ cos \ theta} {d \ rho g} $$

Wobei $ \ gamma $ die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und $ \ theta $ der Kontaktwinkel ist, $ \ rho $ der Dichte der Flüssigkeit und $ g $ die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft. Es ist der Kapillaranstieg, der die Anziehungskraft zwischen den Platten oder in diesem Fall zwischen dem Korken und dem Becher verursacht, aber die Erklärung für diese Kraft ist wahrscheinlich nicht Ihre Meinung

Es ist verlockend zu glauben, dass es die Oberflächenspannung ist, die die Platten zusammenzieht, aber Poynting zeigt, dass die Oberflächenspannung auf den beiden Seiten jeder Platte immer ausgeglichen ist, dh die Oberflächenspannung verursacht keine Nettokraft auf die Das Argument dafür ist subtil und ich werde nicht tadeln Duce es hier - überprüfen Sie Poyntings Buch für die blutigen Details.

Die Kraft wird erzeugt, weil der Bereich des erhöhten Wassers zwischen den Platten einen Druck aufweist, der unter dem atmosphärischen Druck liegt. Außerhalb der beiden Platten beträgt der Druck 1 atm, in der Flüssigkeit zwischen den Platten beträgt der Druck jedoch weniger als 1 atm. Das Ergebnis ist eine Nettokraft, die die Platten zusammenzieht. Diese Druckreduzierung erfolgt, weil die Krümmung des Meniskus am oberen Rand des erhöhten Wassers eine Spannung auf das Wasser ausübt, was offensichtlich ist, weil dies das Wasser nach oben zieht. Die durchschnittliche Druckdifferenz zwischen dem erhabenen Film zwischen den Platten und der Außenatmosphäre beträgt einfach:

$$ \ Delta P = \ rho gh / 2 $$

Wenn wir also unsere obige Gleichung für $ h $ verwenden, erhalten wir:

$$ \ Delta P = - \ frac {\ gamma \ cos \ theta} {d} $$

wobei das Minuszeichen anzeigt, dass der Druck zwischen den Platten niedriger ist.

Es gibt also immer eine Anziehungskraft zwischen den Platten, und diese Kraft ist proportional zu $ ​​d ^ {- 1} $, weshalb die Kork beschleunigt, wenn er sich der Seite des Bechers nähert.

Faszinierend! Ich vermute, dass der Korken von der Seite des Glases angezogen wird, da er die Oberflächenspannung des Wassers minimiert. Zur Verdeutlichung bearbeiten: Indem der Korken zur Seite des Glases geht, minimiert er die Länge der Grenzfläche zwischen dem Wasser und den anderen Materialien, die mit dem Wasser in Kontakt kommen.