Experimente – Seite 6 – Blog von Andreas Blümel und dem Forscherquartett

Naturwissenschaftliche Experimente

Warum schwimmt Eis?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

Margarine-Dose
Filmdose oder Überraschungsei
Wasser
Gefrierschrank

Versuchsdurchführung
Nimm eine Plastik-Dose und fülle diese bis oben hin mit Wasser. Danach stellst Du die Dose OFFEN für einen Tag in den Gefrierschrank.

Am nächsten Tag nimmst Du die Dose aus dem Gefrierschrank heraus
(ACHTUNG: Handschuhe verwenden; kalt !).

Was ist passiert?
Das Wasser ist aus der Dose oben herausgekommen und dann gefroren. Solltest Du einen Deckel auf die Dose gemacht haben oder das Überraschungsei mit Wasser gefüllt haben, so ist der Deckel abgesprungen oder hat sich zu mindestens abgehoben.

Erklärung
Stell Dir vor, Du wärst ein Wassermolekül und wärst, statt in der Dose, in einem großen Raum. Die anderen Wassermoleküle (Kinder) stehen direkt neben Dir. Es sind so viele Kinder im Raum, bis dieser “voll” ist. Jetzt wird das Wasser abgekühlt. Ihr rückt alle ein bisschen näher zusammen. Bei 4°C wird es Euch jedoch zu eng. Deshalb beschließt Ihr Euch jeweils zu 6 Kindern (nach und nach) an den ausgestreckten Händen zu halten. Bei ca. 0°C halten sich dann alle Kinder an den ausgestreckten Händen fest.

Hoffentlich hat jemand die Tür offen gelassen :-).
Es wird dann nämlich ganz schön eng im Raum.

Obiges Phänomen ist übrigens der Grund dafür, dass Eis auf dem Wasser schwimmt und im Winter in Teichen die Fische nicht erfrieren. Eis (von 0°C) schwimmt auf dem Wasser. Das 4°C kalte Wasser ist jedoch am Grund des Teichs, weil es die größte Dichte hat.

Dass das Eis schwimmt, kannst Du selbst ausprobieren. Nimm einfach eine Schüssel und werfe einen Eiswürfel hinein. Er schaut aus dem Wasser heraus und geht nicht unter.

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Was passiert, wenn man im Winter Salz streut?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

Glas
Wasser
Eis
Salz
Thermometer

Versuchsdurchführung
Nimm ein Glas und fülle es zu 1/3 mit Wasser. Gebe die gleiche Menge Eis hinzu und rühre kräftig um. Jetzt messe mit dem Thermometer die Temperatur und markiere diese auf dem Thermometer mit einem Strich oder einem Stück Klebeband. Die Temperatur sollte bei 0°C liegen. Gebe jetzt etwas Salz (mehrere Teelöffel) hinzu, rühre wieder kräftig um und messe erneut die Temperatur.

Was passiert?
Das Wasser / Eis / Salz – Gemisch ist wesentlich kälter als 0°C (~ -10°C). Stellst Du das Glas in eine Wasserpfütze, dann friert das Wasser am Glas an. Du kannst auch ein Teelicht mit Eis/Salzwasser füllen und auf ein Küchentuch stellen. Das Teelicht friert am Küchentuch fest.

Erklärung
Salzwasser friert erst bei viel tieferen Temperaturen als reines Wasser. Daher löst Salz das Eis auf. Dafür wird jedoch Wärme benötigt, die der Mischung entzogen wird. Dadurch kühlt die Flüssigkeit ab. Stell Dir wieder vor, Du wärst ein Wassermolekül, welches gefroren ist. Zu jeweils 6 Kindern würdet Ihr Euch an den Händen fassen. Jetzt würde jemand mit Salz kommen (um es leckerer zu machen in Form einer Tüte Gummibären). Während Ihr die Gummibärchen esst, könnt Ihr Euch nicht an den Händen fassen. Deshalb wird das Eis wieder flüssig. Das hält solange an, bis Ihr satt seid. Erst dann würdet Ihr Euch wieder an den Händen fassen und damit fest werden.

Zum einen kann man sich diesen Umstand im Winter zu Nutze machen, da durch das Salzstreuen nicht so schnell Glatteis entsteht. Zum anderen kann man dadurch im Sommer wunderbar Speiseeis selbst machen. Nehmt einfach statt dem Glas eine Schüssel und füllt diese mit der Eis / Wasser / Salz – Mischung. Dann stellt in die Schüssel eine zweite kleinere Schüssel in die Ihr z.B. Joghurt gebt. Jetzt einige Zeit umrühren. Fertig ist das Eis.

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Was sprudelt denn da in der Wasserflasche?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

eine noch nicht geöffnete Plastik-Sprudelflasche oder frisch hergestellter Sprudel (Sodastream), der in eine dünn wandige Plastik-Flasche umgefüllt worden ist.

Versuchsdurchführung
Nimm eine ungeöffnete Sprudelflasche und versuche sie zusammen zudrücken; einmal dort, wo Luft ist und dann da, wo der Sprudel ist. Jetzt öffne die Sprudelflasche und schau dabei genau hin und höre genau zu. Schließe die Sprudelflasche wieder und versuche sie noch einmal zusammen zudrücken; wieder dort, wo Luft ist und dort, wo sich der Sprudel befindet.

Was passiert?
Die ungeöffnete Flasche kann nur da, wo die Luft ist, ein bisschen zusammen gedrückt werden. Die geöffnete und wieder geschlossene Flasche kann nicht nur da, wo sich Luft befindet, sondern auch wo sich das Wasser befindet zusammengedrückt werden. “Die Flasche ist weich geworden”.

Erklärung
In der Sprudelflasche befindet sich neben Wasser auch noch Kohlendioxid, welches häufig unter Druck in das Wasser gepresst wurde. Im Wasser löst sich zwar etwas Kohlendioxid, aber der Überschuss an Kohlendioxid möchte eigentlich nicht im Wasser bleiben. Deshalb entweicht wieder etwas Kohlendioxid aus dem Wasser und geht in den Luftraum über dem Wasser über. Dadurch steigt der Druck in der Flasche. Die Flasche kann nur da noch ein bisschen zusammen gedrückt werden, wo sich Luft befindet, weil Luft sich leichter als Wasser zusammendrücken lässt. Außerdem hast Du beobachtet, dass beim Öffnen der Flasche kleine Gasblasen im Sprudel aufgestiegen sind. Das ist das Kohlendioxid, welches, nun da die Flasche nicht mehr unter Druck steht, aus dem Wasser austritt. Ferner konntest Du es zischen hören. Das war das Kohlendioxid, welches sich im Luftraum oberhalb des Wassers befand und beim Öffnen aus der Flasche entwich.

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Wie funktioniert ein Thermometer?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

Flasche
Deckel
Strohhalm
eiskaltes, normales und heißes Wasser

Versuchsdurchführung
Wie funktioniert ein Thermometer Nimm eine Flasche mit Deckel und bohre in den Deckel ein Loch und klebe in das Loch einen Strohhalm, so dass der Strohhalm dicht mit dem Deckel verbunden ist. Jetzt fülle etwas Wasser in die Flasche und verschließe sie. Puste etwas Luft in den Strohhalm, so dass das Wasser im Strohhalm (oberhalb des Deckels) steht. Nimm einen Filzstift und markiere die Stelle, auf der die Wassersäule steht. Tauche die Flasche nun in Leitungswasser, warmes oder eiskaltes Wasser und schau, was mit der Wassersäule im Strohhalm passiert.

Was passiert?

Im Leitungswasser passiert nichts mit der Wassersäule.
Im Eiswasser fällt die Wassersäule.
Im heißen Wasser steigt die Wassersäule.

Erklärung
Im Leitungswasser passiert nichts mit der Wassersäule, weil das Leitungswasser und das Wasser in der Flasche die gleiche Temperatur haben. Im heißen Wasser bewegen sich die Wassermoleküle sehr schnell. Schnelles Wasser benötigt aber mehr Platz. Deswegen dehnt es sich aus und die Wassersäule steigt nach oben. Im Eiswasser bewegen sich die Wassermoleküle langsamer. Sie rücken näher zusammen. Es ist mehr Platz vorhanden. Die Wassersäule fällt etwas nach unten.

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Warum friert man, wenn man nass ist?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

(Alkohol)-Thermometer
Wasser
Eis
Haarföhn oder Ventilator
Toilettenpapier oder Küchenputztuch

Versuchsdurchführung
Nimm das Thermometer und wickele am unteren Ende etwas Toilettenpapier um die “Ausdehnungskugel”. Feuchte das Toilettenpapier an. Merke Dir die angezeigte Temperatur. Nimm den Ventilator oder den Haarföhn und blase Luft auf das Thermometer. Wenn Du den Haarföhn nimmst, dann beachte, dass der Föhn nicht auf heizen stehen darf.

Was passiert?
Nach einiger Zeit fällt die Temperatur des Thermometers stetig ab.

Erklärung
Das Wasser verdunstet langsam. Um verdunsten zu können benötigt das Wasser jedoch Energie. Diese Energie entzieht es der Umgebung und damit dem Wasser im Toilettenpapier. Das Wasser im Toilettenpapier wird somit immer kälter und damit auch das Thermometer, welches den Temperaturabfall anzeigt. Dass das Wasser verdunstet, kannst Du übrigens auch sehen, wenn Du Dir einen Spiegel nimmst und diesen anhauchst. Der Spiegel beschlägt. In deinem warmen Atem befindet sich immer etwas Wasser in Form von Luftfeuchtigkeit. Da der Spiegel kälter als Dein Atem ist, kondensiert die Luftfeuchtigkeit am Spiegel aus, da kalte Luft nicht soviel Luftfeuchtigkeit aufnehmen kann, wie warme Luft. Nach und nach verdunstet die Feuchtigkeit dann wieder.

Tipp
Feuchte einen Finger an und halte ihn senkrecht nach oben. Jetzt puste ihn an. Du spürst sofort, dass die Seite des Fingers, die Deinem Mund zugewandt ist, kühl wird. Beim Verdunsten oder Verdampfen einer Flüssigkeit wird Wärme verbraucht. Dein Atem beschleunigt das Verdunsten der Feuchtigkeit am Finger und man merkt selbst bei einem schwachen Luftzug den größeren Wärmeverlust auf der dem Luftzug zugewandten Seite. Wer nach dem Baden den nassen Badeanzug an behält, friert selbst bei Hitze. Das Wasser entzieht dem Körper die Wärme, die es zum Verdunsten braucht.

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Wie kann man die Flamme einer Kerze (noch) löschen?

25. März 2012 AndreasB

(außer durch Auspusten oder löschen mit Wasser bzw. Sand)

Materialien

Teelicht, Streichhölzer
Glasschüssel mit hohem Rand
Essig, Teelöffel, Kaisernatron (gibt es im Supermarkt)
Reagenzglas oder Tasse

Versuchsdurchführung
Lara-Wie_kann_man_eine_Kerze_noch_aus_machen Stelle das Teelicht in die Glasschüssel und zünde es an. Fülle einen Teelöffel gut halbvoll mit Kaisernatron und schütte das Pulver vorsichtig um das brennende Teelicht herum. Gib Essig in ein Reagenzglas und träufle den Essig vorsichtig auf das Pulver. Alternativ kannst Du auch statt 2+3 den Natron in eine Tasse geben, darauf Essig tropfen und das entstandene Kohlendioxid-Gas umschütten. Wiederhole den Versuch und stelle das Teelicht auf eine höhere Unterlage (z.B. die Tasse) und notiere, wie viel Kaisernatron Du nun brauchst.

Erklärung
Wie in dem Experiment Was braucht eine Kerze zum Brennen? festgestellt, benötigt eine Kerze zum Brennen Sauerstoff. Kaisernatron ist chemisch Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3). Das Kaisernatron zersetzt sich bei Zugabe von Essigsäure in Kohlendioxid und Natriumacetat. Das Kohlendioxid ist schwerer als Luft, weshalb es im Versuch mit der Tasse umgeschüttet werden kann. Das Kohlendioxid verdrängt die Luft in der Glasschüssel. Dadurch hat die Kerze keinen Sauerstoff zum Brennen mehr. Sie erlischt. Wenn die Kerze höher steht, benötigt man mehr Kohlendioxid, um den Sauerstoff aus der Schüssel zu verdrängen.

Zusatzversuche
Versuch A
Baue Dir selbst einen Feuerlöscher, indem Du in den Deckel einer Sprudelflasche ein Loch machst und darin einen Strohhalm luftdicht einklebst (z.B. mit Knetgummi). Jetzt gebe etwas Wasser in die Flasche. Der Strohhalm muss in das Wasser eintauchen. Nun werfe eine Brausetablette hinein. Und schraube schnell den Deckel auf die Flasche. Nach einiger Zeit hat sich genug Kohlendioxid gebildet und durch den Überdruck in der Flasche wird das Wasser heraus gespritzt.

Versuch B
Du kannst die Flamme einer Kerze auch mit einem Stück Stoff löschen. Normalerweise brennt Stoff. Da die Flamme jedoch sofort erlischt, sobald kein Sauerstoff mehr da ist, kann man die Kerze auch mit einem Stück Stoff löschen. Zünde hierzu eine Kerze an und werfe ein Stück Stoff (z.B. Handtuch) ausgebreitet (jeweils an 2 Ecken anfassen) über die Flamme. Achte dabei darauf, dass die Flamme nach dem Werfen komplett bedeckt sein muss. Die Flamme erlischt sofort und das Handtuch hat allenfalls eine kleine Wachsstelle, wo flüssiges Wachs in das Handtuch eingedrungen ist. Es ist ansonsten aber unversehrt.

Weiterführende Informationen

Kann man Luft von einem Glas in das andere umfüllen ?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

2x Gläser
Wasser-gefüllte Schüssel
Strohhalm (für Versuch 2)

Anmerkung
Lupe-Logo-Header Viele werden sagen, das geht nicht. Du weisst es aber besser. Unter Wasser kann man Luft von einem in das andere Glas umfüllen.

Versuch 1
Tauche ein Glas mit der Öffnung nach oben unter Wasser, so dass die gesamte Luft aus dem Glas entweicht. Jetzt drehe das Glas herum, so dass die Öffnung nach unten zeigt. Ein zweites Glas tauchst Du mit der Öffnung nach unten ins Wasser ein. In dem Glas ist noch Luft enthalten. Jetzt tauche das mit Luft gefüllte Glas etwas tiefer ins Wasser, als das mit Wasser gefüllte Glas. Wenn du nun das Glas ein wenig kippst, entweicht die Luft aus dem Glas. Hältst Du das mit Wasser gefüllte Glas über die aufsteigenden Luftblasen, so kannst Du wirklich die Luft aus dem einen Glas in das andere Glas umfüllen.

Versuch 2
Tauche ein Glas mit der Öffnung nach oben unter Wasser, so dass die gesamte Luft aus dem Glas entweicht. Jetzt drehe das Glas herum, so dass die Öffnung nach unten zeigt. Mit einem Strohhalm mit Knick, dessen Öffnung Du unterhalb des Glases in das Wasser eintauchst, kannst Du nun durch Hineinblasen alles Wasser aus dem Glas herauspusten.

Erklärung
In einem scheinbar leeren Glas ist nicht wirklich nichts. In dem Glas befindet sich immer Luft. Diese Luft kann unter Wasser von einem Glas in das andere umgefüllt werden. Im Versuch 2 kann man die Luft, die in der eigenen Lunge ist, durch den Strohhalm in das Glas befördern. Da an einem Ort nicht zwei Dinge gleichzeitig sein können, drückt die in das Glas eingepustete Luft das Wasser aus dem Glas heraus. Am Ende befindet sich nur noch Luft im Glas.

Weiterführende Informationen

Wieso kann ein Hubschrauber ohne Flügel fliegen?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

einen Bleistift
ein Stück Pappe
eine Schere

Versuchsdurchführung
Bastel Dir aus einem langen Steifen Pappe Rotorblätter für einen Hubschrauber. Hierzu schneidest Du die Rotorblätter an den dicken Linien ein und knickst die schraffierte Fläche leicht nach unten. Am schwarzen Punkt machst Du ein Loch. Hierfür nimmst Du ein Stück Knete und legst es unter den Rotor. Jetzt kannst Du mit einem Bleistift von oben durch die Pappe stechen.

Schiebe den Bleistift etwa zu zwei Drittel durch die Pappe. Halte den Bleistift zwischen beiden Handflächen, so dass die Pappe oben ist. Nun schiebe eine Hand schnell nach vorne.

Was passiert?
Der Bleistifthubschrauber fängt an zu fliegen.

Erklärung
Hubschrauber-Flügel sind sehr schmal. Man nennt sie Rotorblätter. Sie werden von einem Motor mit sehr großer Geschwindigkeit um eine Achse gedreht. Ähnlich wie beim Flugzeug entsteht über dem Rotorblatt ein Unterdruck und darunter ein Überdruck. Dadurch wird der Hubschrauber in die Höhe gehoben.

Im Schwebeflug beträgt der vom Rotor erzeugte Auftrieb genauso viel, wie die Gewichtskraft des Hubschraubers, die ihn nach unten zieht. Will der Hubschrauber an Höhe gewinnen, so muss der Pilot den Auftrieb erhöhen. Der Auftrieb wird dadurch erhöht, dass der Pilot den Winkel, in dem die Rotorblätter stehen, vergrößert. Will der Hubschrauber hingegen landen, muss der Winkel verringert werden.

Dass ein Hubschrauber auch ohne Motor nicht abstürzt, könnt ihr in der Kopfball-Folge vom 14.11.2010 sehen.

Weiterführende Informationen

Wieso fliegen Segelflugzeuge

25. März 2012 AndreasB

Materialien

einen möglichst rund aufgeblasenen Luftballon
Haartrockner

Versuchsdurchführung
luftballon-foen Schalte den Haartrockner ein und halte ihn so, dass die Luft nach oben zur Decke austritt. Jetzt bringe den Luftballon vorsichtig in den Luftstrom.

Was passiert?
Der Luftballon steigt ein wenig im Luftstrom an, tänzelt dann, um danach fast bewegungslos auf der Stelle stehen zu bleiben. Wenn Du Dich mit dem Haartrockner bewegst, dann folgt Dir der Luftballon in entsprechendem Abstand (Achtung: Achte auf das Stromkabel). Der Ballon scheint im Luftstrahl des Haartrockners gefangen zu sein. Das geht übrigens auch mit mehreren Luftballons und mit leichten Bällen!

Erklärung
Klar ist, dass der Luftstrom des Haartrockners den Luftballon nach oben drückt. Aber eine weitere Kraft hält ihn in der Mitte fest. Der Luftballon ist praktisch ein doppelter Flugzeugflügel. Wenn die Luft des Haartrockners an der Haut des Luftballons vorbei strömt, entsteht dort ein Unterdruck. Aber weil der Luftballon nicht nur gewölbt, sondern auch rund ist, entsteht dieser Unterdruck überall und überall gleich stark. Dadurch wird der Luftballon im Luftstrahl stabilisiert. Er kann sich nicht entscheiden, in welche Richtung er sich bewegen soll, da er ja nach außen in alle Richtungen gezogen wird.

Im Gegensatz zum Luftballon sind die Flügel eines Segelflugzeugs nicht rund, sondern genauso geformt, wie bei einem Flugzeug. Deshalb bleibt es auch nicht einfach in der Luft stehen, sondern gleitet durch die Luft. Dem Segelflugzeug fehlt jedoch der Propeller, so dass es nicht von alleine starten kann und deshalb anfangs mit einem Propellerflugzeug erst einmal auf Flughöhe geschleppt werden muss. Danach fliegt das Segelflugzeug stetig nach unten und wird durch warme aufsteigende Luft wieder nach oben angehoben.

Weiterführende Informationen

Wieso fliegen Flugzeuge?

25. März 2012 AndreasB

Materialien

einen Haartrockner
einen aus Papier hergestellten Flügel
Strohhalm-Stücke
ein bisschen Paketkordel

Versuchsdurchführung
luft_fluegel Nimm ein längs halbiertes DIN A4-Blatt und klebe die schmalen Enden so zusammen, dass die obere gebogene Fläche etwa 1 1/2 mal so lang ist, wie die untere gerade Fläche. Mach oben und unten ein Loch in den Flügel und klebe mit Tesafilm ein Stück Strohhalm in die Mitte des Flügels. Führe die Paketkordel durch den Strohhalm und befestige die Kordel oben und unten. Notfalls kannst Du das auch zu zweit ausprobieren. Einer hält fest, der andere nimmt den Haartrockner. Puste nun mit dem Haartrockner von vorne oder leicht schräg unten auf den Flügel.

Was passiert?
Flügel bewegt sich nach oben. Das Flugzeug steigt nach oben.

Erklärung
Wie im Experiment „Kann man mit Luft etwas bewegen?“ fließt die Luft oberhalb des Flügels schneller als unterhalb des Flügels. Dadurch entsteht oberhalb jedoch ein Unterdruck, der den Flügel anhebt.

Weiterführende Informationen

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