Mit und ohne Maske: So breitet sich Atemluft aus

Wie sich Atemluft vor dem Gesicht mit oder ohne Alltags­maske ausbreitet, ist seit Covid-19 eine relevante Frage. Ein Video, das diesen eigentlich unsicht­baren Vorgang sichtbar macht, hat jetzt Jun. Prof. Dr. Tobias Ludwig von der Pädago­gi­schen Hochschule Karlsruhe erstellt. Und zwar mit Hilfe eines klassi­schen Experi­ments der Schlie­ren­optik, das selbst kleinste Tempe­ra­tur­un­ter­schiede von Atemluft sichtbar macht. »Alles, was man dazu braucht, ist ein Parabol­spiegel, eine Licht­quelle, eine Halbblende und eine Kamera«, erklärt der Physik­di­dak­tiker. »Die Bilder, die bei diesem Experiment entstehen, zeigen, dass sich die Atemluft einer Person, die Alltags­maske trägt, deutlich weniger weit im Raum verbreitet als die einer Person, die keine Alltags­maske trägt. Denn der Mund-Nase-Schutz bremst die Luft und lenkt sie um«, so Ludwig.

Um das Experiment durch­zu­führen, wird Licht auf einen circa 50 Zenti­meter großen Parabol­spiegel gelenkt. Dieser ist als heller Kreis hinter dem Schat­tenriss der Person zu erkennen, die mal mit, mal ohne Maske atmet und spricht. Der wie die Innen­seite eines Suppen­löffels geformte Parabol­spiegel bündelt das Licht in einer Entfernung von drei Metern zu einem winzigen Licht­punkt, der gerade mal so groß ist wie der Durch­messer von fünf mensch­lichen Haaren. Auf dem Weg Richtung Kamera wird dieser Licht­punkt durch eine Halbblende zum Teil verdeckt. »Treten in diesem Lichtweg kleinste Tempe­ra­tur­un­ter­schiede auf – etwa durch die im Vergleich zur Umgebung wärmere Atemluft – wird mal mehr, mal weniger Licht ausge­blendet und wir erhalten ein Bild mit starken Kontrasten«, erläutert Jun. Prof. Dr. Ludwig.

Ein ähnliches Phänomen kennen viele als ‚Flimmern‘ von heißer Luft auf einem durch Sonnen­strahlung erwärmten Autodach. »Es entsteht, weil dort Luftmassen unter­schied­licher Tempe­ratur aufein­an­der­treffen und das Licht, das durch die Luftmassen hindurch in unsere Augen gelangt, etwas abgelenkt wird«, so Ludwig. Genau diesen Effekt verstärkt die Schlie­ren­optik und kann so Unsicht­bares sichtbar machen.

Ludwig weist darauf hin, dass die Hell-Dunkel-Kontraste im Video nur die Ausbreitung von Atemluft zeigen. Es sei unklar, ob Aerosole mit diesem Aufbau sichtbar gemacht werden können. Es könne jedoch davon ausge­gangen werden, dass sich Aerosole mit der Atemluft bewegen. Der Schutz­wirkung medizi­ni­scher Masken (sog. FFP-Masken) lägen weitere physi­ka­lische Phänomene zugrunde. Diese beruhe nicht ausschließlich auf dem Abbremsen und Umlenken von Atemluft.

Textquelle: Regina Schneider, Pädago­gische Hochschule Karlsruhe

Bildquelle: Wie sich Atemluft ausbreitet: Links mit Maske, rechts ohne. Foto: Tobias Ludwig

Filmquelle: https://www.youtube.com/watch?v=2kn4ldTTU34&feature=youtu.be