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Die Kraft des Wassers
Energiesparen ist heute wichtiger denn je. Da bietet es sich an, im Winter den Kühlschrank zu entlasten und Dinge einfach auf den Balkon zu stellen. Doch Vorsicht, das kann gefährlich werden. Wasserflaschen etwa platzen, wenn es draußen friert. Diesem Phänomen gehen Sie mit den Kindern auf den Grund.
Thema: Luft
Phänomen: Luft bewegt
Autor: Joachim Hecker
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Versuchsüberblick
Stoffe dehnen sich aus, wenn es warm wird. Sie werden also größer. Was heißt das umgekehrt? Dass sie kleiner werden, wenn es kälter wird. Dies probieren Sie mit den Kindern einmal aus. Das beste daran: Es fängt ganz lecker an, denn jedes Kind darf ein Überraschungsei essen - natürlich im Dienst der Wissenschaft, das ist klar. Gebraucht werden weder Schokolade noch Figürchen, sondern das gelbe vom (Ü-)Ei, nämlich das gelbe Plastik-Ei innen drin.
Der Versuch beginnt
Das gelbe Plastik-Ei wird vollständig mit Wasser gefüllt. Dazu am besten Spül- oder Waschbecken bzw. Eimer mit Wasser füllen, die beiden Ü-Ei-Hälften eintauchen und unter Wasser zusammenfügen, damit keine Luft hinein kommt, denn das Ei soll nur voll Wasser sein.
So geht es weiter
Das mit Wasser gefüllte und verschlossene gelbe Plastikei kommt ins Eisfach, wo es für 24 Stunden frieren darf.
Das Ü-Ei kommt in das Gefrierfach des Kühlschranks. Das Ü-Ei kommt in das Gefrierfach des Kühlschranks.
Das passiert
Wenn das Ei nach einem Tag aus dem Gefrierfach geholt wird, ist es geplatzt. Beide Hälften sind auseinandergeschoben, dazwischen ist der Eisblock des gefrorenen Wassers zu sehen.
Der Hintergrund
Wasser verhält sich anders als die meisten anderen Stoffe: Es zieht sich nicht zusammen, wenn es kälter wird, sondern es dehnt sich aus. Das ist eine Besonderheit speziell bei Wasser. Damit verhält es sich anders als erwartet, also nicht-normal oder unnormal. Die Wissenschaftler sagen dazu „anormal": das Wasser hat eine „Anomalie", also eine „Unnormalität".
Wer es ganz genau wissen möchte: Wenn Wasser kalt wird, verhält es sich bis +4 °C normal, denn es zieht sich immer weiter zusammen. Wird es allerdings kälter als +4 °C, dehnt es sich wieder aus.
Deshalb ist es interessant
- Die allermeisten Stoffe auf der Welt ziehen sich zusammen, wenn es kälter wird, sie schrumpfen ein kleines, fast nicht sichtbares bisschen.
- Wasser dehnt sich wieder aus, wenn es gefriert. Damit verhält es sich anders als die allermeisten anderen Stoffe. Es hat eine „Anomalie", sagen die Wissenschaftler. Das ist keine Krankheit, sondern eine ganz besondere Eigenschaft des Wassers: Es kann etwas, was die meisten anderen Stoffe nicht können.
Wenn Wasser sich beim Gefrieren ausdehnt, entwickelt es enorme Kraft. Es kann nicht nur den gelben Plastikkern eines Überraschungs-Eies auseinanderdrücken, es kann auch Steine sprengen, wenn es in Ritzen geflossen ist und dort gefriert.
Das Eis schiebt beide Hälften des Plastik-Eies auseinander. Das Eis schiebt beide Hälften des Plastik-Eies auseinander.
Für den Hinterkopf
In der Tat entwickelt Wasser unglaubliche Kräfte und ist für viele „Frostschäden" verantwortlich - Autofahrer können ein Lied davon singen. Nach jedem Winter (vorausgesetzt, es hat gefroren) sind die Straßen aufgeplatzt. Schuld ist Wasser, was in die Straßendecke geflossen ist und diese beim Gefrieren wegdrückt. Im Gebirge etwa sorgt Wasser für viele Frostsprengungen, zerlegt also regelrecht das Gestein von Felsen. Damit ist es Hauptverursacher der Erosion auf der Erdoberfläche.
Erstaunlich ist jedoch, dass Wasser nicht nur sprengt, sondern auch kittet. In Regionen des ewigen Eises, etwa in Gletschergebieten im Gebirge, hält es ganze Berge zusammen. Gefrorenes Wasser in Bergspalten wirkt wie Zement. Daher ist der Klimawandel mit seiner Erwärmung für die Bergwelt eine Bedrohung: Wird es wärmer, steigt die Schneegrenze. Nicht nur Gletscher schmelzen dann, auch das gefrorene Eis in Bergspalten. Dadurch verliert der Fels an Festigkeit und es kommt zu Abgängen - gefährliche Steinlawinen, die zu Tal stürzen, sind die Folge. Das macht weite Teile etwa der Alpen für den Menschen gefährlich, da das Gestein dort unberechenbar wird.
Tipp
Um die Kraft des Wassers zu testen, können die Kinder die Naht des Eies auch mit Klebefilm verschließen oder sogar mit Klebstoff. Schafft es das Wasser, solch ein Ei zu sprengen? Und: Funktioniert der Versuch auch mit Milch? Probieren sie mit den Kindern andere Stoffe aus: Sahne, Vanillepudding, Götterspeise. Im Namen der Wissenschaft darf ruhig auch etwas geferkelt werden!
