AhA: Warum verrinnt die Zeit in der Sanduhr gleichmäßig?

Im Antiquitätengeschäft steht die Zeit still. Zwischen Porzellan und Toastern entdecke ich eine kleine Sanduhr. Wann sie wohl zuletzt umgedreht wurde? Als Eieruhr war ein solcher Zeitmesser noch in der Küche meiner Großmutter in Gebrauch: bis vor 25 Jahren.

Die Zeit fließt: als Sand in der Sanduhr oder als Wasser in den viel älteren Wasseruhren, bei denen ein Flüssigkeitspegel die Stunden anzeigt. Die ältesten ägyptischen Wasseruhren stammen aus dem 16. Jahrhundert v. Chr. Die grundsätzliche Schwierigkeit beim Bau solcher Uhren: Je niedriger der Wasserpegel, desto geringer ist auch der Wasserdruck, desto langsamer fließt das Wasser aus dem Gefäß ab. Damit die Zeit gleichmäßig verrinnt, muss der nachlassende Wasserdruck irgendwie kompensiert werden.

Bei der Sanduhr hat man dieses Problem nicht. Anders als eine Flüssigkeit, rieselt Sand immer mit derselben Geschwindigkeit vom oberen ins untere Gefäß. Die Zeit verrinnt gleichmäßig, unabhängig vom Füllstand. Warum?

„Sandkörner verhalten sich anders als Wassermoleküle“, sagt der Physiker Ingo Rehberg von der Universität Bayreuth. „Die Kraftübertragung von einem Korn zum anderen geht nicht nur von oben nach unten, sondern auch zur Seite hin.“ Es entstehen Brücken und ganze Netzwerke, in denen sich die Kräfte wie in einem Adersystem verteilen. „Mit dicken Adern, aber auch feinen Venen.“

In einer Sanduhr wird der Druck über Reibung teilweise auf die Seitenwände übertragen. Die unteren Sandschichten werden dadurch entlastet, die Fließgeschwindigkeit an der Öffnung bleibt gleich. Beim Entleeren eines mit Zucker, Zement oder Getreide gefüllten Silos ist das ganz ähnlich.

Um bei der Uhr mit wenig Sand auszukommen, muss die Öffnung zwischen oberem und unterem Glas klein sein. Schlimmstenfalls blockieren Körner die Öffnung.

Als Uhrensand benutzte man daher schon im 15. und 16. Jahrhundert sehr feinen Sand, Bleisand etwa. Er sollte sich im Lauf der Zeit möglichst nicht verändern: Weder sollten die Sandkörner sich gegenseitig zerreiben noch die Öffnung ausschleifen und vergrößern.