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Gefangenes Wasser
Das Wasser im Glas ist gefangen, weil die Luft von unten viel stärker gegen den Deckel drückt als das Wasser von oben.
Thema: Luft
Phänomen: Luftdruck
Autor: Stiftung "Haus der kleinen Forscher"
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Versuchsüberblick
Die Karte fasst zwei Experimente zusammen, die den Luftdruck auf eindrucksvolle Weise verdeutlichen. Wir nehmen Wasser in einem Glas gefangen, so dass es selbst durch Herumdrehen des Glases nicht herausfließt. Das erinnert fast an einen Zaubertrick.
Dabei hält nicht Magie, sondern der Luftdruck den Deckel am Glas fest! Der Luftdruck lässt sich auch nutzen, um Wasser mit Hilfe eines Strohhalms von einem in ein anderes Gefäß zu transportieren, ohne das Wasser mit dem Mund anzusaugen.
Der Versuch beginnt
Fragen Sie zur Einleitung des Versuchs beispielsweise, welches von den Kindern schon einmal so einen merkwürdigen Druck in den Ohren gespürt hat und unter welchen Umständen dieses Gefühl eingetreten ist.
Sie könnten den Kindern dann erzählen, dass wir Menschen auf dem Grund eines riesigen Luftmeeres leben und dass die über uns liegende Luft einen starken Druck auf alle Gegenstände ausübt. Dieser Luftdruck wird durch das folgende Experiment verdeutlicht.
Die Kinder schneiden aus der ebenen Pappe einen Deckel in Form eines Kreises oder Vierecks aus. Der Pappdeckel sollte einige Zentimeter größer als das Glas sein, weil so das spätere Umdrehen des Glases erleichtert wird. Füllen Sie oder die Kinder das Glas randvoll mit Wasser.
So geht es weiter
Alle folgenden Schritte sollten über einer großen Plastikschüssel ausgeführt werden! Die Kinder legen den Deckel auf das Glas und drücken ihn mit den Fingern einer Hand möglichst fest auf den Glasrand. Sie müssen darauf achten, dass der Deckel in dieser Haltung das Glas überall gut ver-schließt (deshalb ist der Hohlraum der Handfläche nicht so gut geeignet wie die flach ausgestreckten Finger).
Mit einer fließenden Bewegung wird das Glas nun umgedreht und steht danach auf der möglichst ebenen Fläche, die von den ausgestreckten Fingern gebildet wird. In dieser Position sollte kein (oder nur sehr wenig) Wasser aus dem Glas herauslaufen.
Wenn Sie den Versuch zuerst vorführen, dann fragen Sie die Kinder, was wohl passieren wird, wenn Sie das Glas anheben. Lassen Sie dann alle bis drei zählen und heben Sie das Glas von der Hand.
Das passiert
Das Wasser bleibt zur allgemeinen Verblüffung im Glas gefangen und fließt nicht heraus. Um das Wasser „gefangen zu halten" dürfen die Kinder das Glas nicht zur Seite neigen, sondern müssen es möglichst senkrecht halten. Der Pappdeckel feuchtet allmählich durch und wird sich immer mehr verbiegen, so dass er dann doch irgendwann abfällt. Wasserfeste Materialien, wie zum Beispiel der Plastikdeckel einer Frischkäsepackung, halten das Wasser viel länger zurück.
Testen Sie zusammen mit den Kindern verschiedene Deckel und finden Sie heraus, welche geeignet und nicht zu schwer sind.
Ideen zur Fortsetzung
Geben Sie jedem Kind einen Strohhalm und ein leeres Glas und stellen Sie eine hohe mit Wasser gefüllte Kanne in Reichweite der Kinder.
Formulieren Sie einen kleinen Wettbewerb: Die Kinder sollen ihr Glas möglichst schnell mit Wasser füllen. Dazu dürfen sie den Strohhalm benutzen, ihn aber nicht an den Mund führen. Sie könnten auch noch andere Gegenstände zur Auswahl stellen, zum Beispiel einen Luftballon oder einen kleinen Löffel. Die Wasserkanne darf natürlich auch nicht berührt werden!
Wird der Strohhalm in das hohe Gefäß gehalten, so steigt das Wasser in den Strohhalm bis der Wasserstand dem in der Kanne entspricht. Verschließt man nun die obere Öffnung mit einem Finger, so kann das Wasser nicht herauslaufen und lässt sich zum Glas transportieren.
Der Hintergrund
Genau wie Wasser besteht auch die Luft aus vielen kleinen Teilchen. Die Luftteilchen reichen von der Erde bis ins Weltall, dieser Bereich wird Atmosphäre genannt. Wir leben also in einem riesigen Luftmeer, ganz ähnlich wie Fische in einem Wassermeer.
Das Gewicht der Luftteilchen drückt nach unten, deshalb spricht man auch vom Luftdruck. Weil die Atmosphäre 10.000km hoch ist, lastet die Luft mit einem enormen Gewicht auf der Erdoberfläche.
Wie stark der Luftdruck ist, demonstriert dieses Experiment eindrucksvoll. Das Wasser im Glas ist gefangen, weil die Luft von unten viel stärker gegen den Deckel drückt als das Wasser von oben. Das Glas könnte sogar zehn Meter hoch sein, ohne dass der Deckel abfallen würde.
Das Experiment funktioniert aber nur, wenn der Deckel das Glas wirklich gut abschließt und das Glas voll mit Wasser gefüllt ist. Wenn die Luft auch an der Seite in das Glas einströmen kann, weil der Deckel nicht gut anliegt, dann fließt das Wasser heraus - schließlich drückt die Luft dann nicht mehr nur von unten. Deshalb muss der Rand des Glases auch vollkommen eben sein.
Beim Wassertransport mit dem Strohhalm hilft der Luftdruck ebenfalls. Wird der mit dem Finger verschlossene Strohhalm aus dem Wasserbehälter gezogen, so drückt die Luft von unten gegen das Wasser im Strohhalm. Wahrscheinlich wird noch etwas Wasser aus dem Strohhalm tropfen. Dann herrscht ein leichter Unterdruck, weil sich die im Strohhalm befindlichen Wasser- und Luftteilchen in einem geringfügig größeren Raum verteilen (es ist ja etwas Wasser herausgetropft). Die Kinder haben auch erfahren, dass es geschickt ist, den Strohhalm möglichst tief in die Wasserkanne zu stecken, weil sie dann mehr Wasser auf einmal transportieren können.
Weil Luft sich im Gegensatz zu Wasser zusammendrücken lässt (das merkt man bei der Benutzung einer Luftpumpe), quetscht das Gewicht der Luftteilchen die Luft in Bodennähe stark zusammen. Damit ist der Luftdruck in Bodennähe viel größer als in der Höhe. Diese Druckunterschiede verursachen beim Fliegen oder beim Fahren im Aufzug das unangenehme Gefühl in den Ohren. Um den Innendruck im Ohr schneller an den außen herrschenden Druck anzugleichen, hilft Kaugummi kauen!
