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Vorbereitungen und didaktische Hinweise

Zusammenstellen und Präparieren der Experimentiermaterialien und Kopieren der Arbeitsblätter.

Die geplante Unterrichtszeit beträgt etwa eine Stunde.

 

Hinweise zur Vorbereitung der Experimente

a) Experiment „Druckdose“

Material: Plastikflasche, durchsichtiges Wassergefäß, Latexhandschuh, Klebstoff, Schlauch oder Trinkhalm

Die hier vorgeschlagene zweiseitige Druckdose ist universeller einsetzbar, auch in späteren Unterrichtseinheiten. Eine einfachere Variante beschreiben wir am Ende dieses Abschnittes.

Als Wassergefäß, in das die fertige Druckdose getaucht wird, ist eine ausreichend hohe (20-25 cm) Aufbewahrungsbox mit glatten durchsichtigen Wänden (siehe Abb. 3.2) gut geeignet. Auch Einweckgläser können verwendet werden, sind aber etwas unhandlicher und verzerren die Bilder.

Aus einer Plastikflasche mit glatter Wand (Durchmesser etwa 6 – 8 cm) werden der Flaschenboden und die obere Hälfte der Flasche abgeschnitten, sodass ein Rohr mit einer Höhe von etwa 5 – 6 cm übrigbleibt, das die Außenwand der Druckdose bildet. Wenn als Wassergefäß, in das die Druckdose später eingetaucht wird, ein Einweckglas verwendet wird, darf der Durchmesser der Druckdose nicht zu groß sein, damit die Hand und die Druckdose gut durch die Öffnung des Einweckglases passen. Ansonsten ist ein möglichst großer Durchmesser der Druckdose günstiger, weil man dann eine stärkere Einwölbung der Latexmembranen sehen kann.

Aus Latexhandschuhen werden zwei flache Latexstücke ausgeschnitten, die etwa 2 cm größer als der Durchmesser der Druckdose sind. Ein Rand des Rohres, aus dem die Druckdose hergestellt wird, wird mit Klebstoff versehen und das Rohr auf ein Latexstück gestellt. Das Latexstück sollte glattgezogen, aber nicht zu straff gespannt sein. Nach dem Trocknen des Klebstoffes wird außen am Rohr unter die Latexmembran rundherum etwas Kleber gegeben und das Latex an das Rohr geklebt. Mit ein/ zwei Gummiringen wird das Latex während des Trocknens festgehalten. Nach dem Trocknen wird die Latexfolie soweit abgeschnitten, wie es der Kleber zulässt. Je kleiner der Latex-Restrand an der Seitenwand des Rohres ist, desto besser sind die Einwölbungen durch den Wasserdruck zu beobachten. Dann wird genauso das zweite Latexstück auf die andere Seite des Rohres geklebt, das nun von allen Seiten verschlossen ist. Als Kleber kann man auch Silikon verwenden.

Wird diese Dose unter Wasser gedrückt, drückt das Wasser die beiden elastischen Latexmembranen nach innen. Aber da die Dose wasser- und luftdicht abgeschlossen ist, wird die eingeschlossene Luft etwas zusammengedrückt und drückt dadurch von innen nach außen. Als Folge ist der beobachtbare Effekt relativ gering. Durch einen eingeklebten Schlauch (dazu ein kleines Loch in den Ring bohren) oder Trinkhalm (siehe Abb. 3.1a und 3.1b), dessen eines Ende sich in der Außenluft befindet, bleibt der Luftdruck in der Dose immer konstant und die Membranen werden deutlich nach innen gedrückt.

Abb. 3.1a: Beispiele für Druckdosen, die den Wasserdruck auf gegenüberliegende Seiten anzeigen; Abb. 3.1b: Druckdose mit einer Membran unter Wasser

Die Latexmembranen wölben sich entsprechend der Druckkräfte verschieden stark nach innen (siehe Abb. 3.2a bis c).


Abb. 3.2a: Druckdose in der Mitte des Wassergefäßes


Abb. 3.2b: Dose am Gefäßboden; deutlich zu sehen ist die stärkere Wölbung der Folie an der Unterseite der Dose


Abb. 3.2c: Druckdose horizontal, beide Membranen sind in etwa gleich stark nach innen gedrückt

Für die Druckdose mit einer einzigen Membran (siehe Abb. 3.1b) schneidet man von einer Plastikflasche den oberen Teil in einer Höhe von 4 - 5 cm über den Boden weg und verwendet den unteren Teil. Dann klebt man, wie bereits beschrieben, eine Latexmembran über die offene Seite. Ein Trinkhalm sorgt für den Luftausgleich.

 

b) Experiment „Plastikhandschuh“

Mehrere Plastikhandschuhe und ein Wassergefäß stehen zur Verfügung. Die Handschuhe sollten den Schülern zu groß sein. Empfehlenswert sind sogenannte „Dieselhandschuhe“, die an Zapfsäulen von Tankstellen ausliegen, oder Einweghandschuhe in Größe L.


Abb. 3.3: Hand in Einmalhandschuh im Wasser

 

c) Experiment „Luftballon mit Wasser“

Ein etwa 30 cm langes Rohr, das zu beiden Seiten offen ist, wird in einen wassergefüllten Luftballon gesteckt und mit einem Haushaltsgummi fixiert. Das Rohr – auch ein breiter und stabiler Strohhalm oder ein Schlauch kann genutzt werden – sollte im Ballon fast bis nach ganz unten geschoben werden, damit der Ballon im Wasser nicht nach oben gedrückt wird.

Die Schülerinnen und Schüler beobachten, dass der Ballon beim Eintauchen in das Wasser kleiner wird (Abb.3.4), weil die Druckkräfte auf den Ballon das Wasser in das Rohr drücken.

Abb. 3.4a: Ein mit Wasser gefüllter Luftballon wenig eingetaucht; Abb. 3.4b: Der Ballon ist tiefer im Wasser

 

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