Strömungslehre
Das Gerät hat keine beweglichen Teile außer einer Ventilkugel. Alles, was darin geschieht, folgt aus einer Druckdifferenz, einer Wassersäule und der Oberfläche von Blasen. Das lässt sich sauber beschreiben, und die Beschreibung räumt nebenbei mit einem hartnäckigen Missverständnis auf.
Der Vorgang, um den sich alles dreht: eine Blasenkette am Ende des Tauchrohrs, wenige Zentimeter unter dem Wasserspiegel.
Eine Wasserpfeife ist ein geschlossenes Gefäß mit zwei Öffnungen. Die eine führt über die Rauchsäule nach oben zum Kopf, die andere über den Schlauch nach außen. Zwischen beiden liegt ein Wasserspiegel, in den die Rauchsäule einige Zentimeter eintaucht.
Wird am Schlauch Unterdruck erzeugt, fällt der Druck im Gasraum über dem Wasser. Sobald die Differenz zur Außenluft größer ist als die Wassersäule über der Mündung des Tauchrohrs, strömt Luft von oben durch den Kopf, durch die Säule und tritt unten in Blasen aus. Der nötige Unterdruck ist klein: ein Zentimeter Wassersäule entspricht knapp einem Millibar. Bei zwei bis vier Zentimetern Eintauchtiefe reden wir also von wenigen Millibar, weniger als bei einem Trinkhalm in einem hohen Glas.
Die Eintauchtiefe ist damit die einzige Stellschraube, die ein Bauteil vorgibt und die sich nachträglich ändern lässt. Wo dieses Bauteil sitzt, zeigt die Übersicht über die Teile und ihre Werkstoffe.
Drei Vorgänge laufen gleichzeitig ab. Erstens Wärmetausch: das Gas gibt an das kühlere Wasser Energie ab und kühlt messbar. Zweitens Kondensation: ein Teil des Wasserdampfs schlägt sich nieder. Drittens Absorption: wasserlösliche Bestandteile gehen teilweise in die Flüssigkeit über, und das erkennt man daran, dass das Wasser sich verfärbt. Diese drei Vorgänge zusammen erklären, warum das Gas kühler ankommt.
Der Austausch zwischen Gas und Flüssigkeit findet an der Blasenhaut statt, also ist die gesamte Blasenoberfläche die entscheidende Größe. Zehn kleine Blasen haben bei gleichem Volumen mehr Oberfläche als eine große. Deshalb sitzen in manchen Säulen unten Diffusoren, gelochte Aufsätze, die den Strom in viele feine Blasen zerlegen. Sie kühlen etwas besser und arbeiten leiser; an der Menge dessen, was durchgeht, ändern sie wenig.
Seitlich in der Säule sitzt ein Rückschlagventil, meist eine Metallkugel auf einem Sitz. Unterdruck presst sie fest, Überdruck hebt sie an. Das Bauteil ist notwendig, weil ein geschlossenes Gefäß sonst keinen Weg für ausströmende Luft hätte. Es ist zugleich das einzige bewegliche Teil der ganzen Anlage.
Über der Schale liegt die Glut. Ton speichert Wärme und gibt sie langsam an den Inhalt der Schale ab; das ist der Grund, warum sich gebrannter Ton gegen Metall durchgesetzt hat. Woher diese Glut kommt und wie sie hergestellt wird, beschreibt der Beitrag über Kohle aus Kokosschalen, und die viel ältere Variante desselben Verfahrens steht im Beitrag über den Meiler im Wald.
Die Materialgeschichte beginnt auf der Werkbank.
Ton, Messing, Glas, Leder, Kork: sieben Bauteile, sieben Werkstoffe, und für jeden gibt es einen handfesten Grund.
Eine Drahtspirale, mit Leder überzogen und mit Seide umsponnen: der aufwendigste Teil des ganzen Gegenstands kam nie aus einer Metallwerkstatt.
In der Restaurierung gilt eine Regel vor allen anderen: was einmal weg ist, kommt nicht wieder. Sie erklärt, warum Museen so wenig putzen.