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Vorbereitungen und didaktische Hinweise

In dieser Einheit sollen die Schüler zu der Einsicht geführt werden, dass auf Gegenstände im Wasser durch das Wasser eine der Erdanziehungskraft entgegengesetzt gerichtete Kraft wirkt. Der Schwerpunkt liegt auf einer Arbeit an Lernstationen mit Experimenten. Je nach Klassensituation müssen Stationen mehrfach vorhanden sein, um Wartezeiten zu vermeiden. Da der Vorbereitungsaufwand nicht unbeträchtlich ist, kann auch alternativ eine Auswahl als Demonstrationsexperimente von der Lehrkraft durchgeführt werden.

Für den Einstieg sollten Bilder von U-Booten aus dem Internet ausgedruckt werden und weiterhin die einzusetzenden Arbeitsblätter kopiert werden.
Die geplante Unterrichtszeit beträgt etwa eine Doppelstunde.

Nachfolgend werden die Experimente beschrieben.

 

Experiment „Schwerer Köder an der Angel“

An die Angel wird ein ausreichend schwerer Gegenstand angebunden, damit der Unterschied zwischen Gegenstand an der Angel in Luft und in Wasser deutlich zu spüren ist. Das Wassergefäß muss ausreichend tief sein. Gut geeignet sind durchsichtige Aufbewahrungsboxen aus Plastik (20 - 25 cm hoch) oder größere Einweckgläser (1,5 bis 2 Liter). Wenn dies nicht der Fall ist, könnte der Gegenstand den Boden zu schnell berühren. Bei diesem Experiment ist es nicht nötig, dass das Wassergefäß durchsichtig ist.

 


Abb. 2.1: Stein an einer Angel

Beobachtung: Die Angel ist leichter zu halten; der Gegenstand wird scheinbar leichter, sobald er ins Wasser eintaucht. Deutung: Der Gegenstand wird durch das Wasser nach oben gedrückt, die Erde zieht ihn nach unten.

 

Experiment „Stein am Gummiband“

Ein Stein wird an ein Gummiband angebunden. Der Stein sollte so schwer sein, dass sich das Gummiband 5 - 10 cm ausdehnt. Als Wassergefäß ist auch hier ein größeres Einweckglas geeignet. Zum Vergleich der Längen des Gummis dient ein ausreichend langes Lineal oder ein Stab mit Markierungen.

 


Abb. 2.2 Stein am Gummiband und Vergleichsstab

Beobachtung: Der Gummi wird weniger gedehnt, wenn der Stein im Wasser ist. Der Stein wird scheinbar leichter, sobald er ins Wasser eintaucht. Deutung: Das Wasser drückt auf den Stein nach oben.

 

Experiment „Bälle im Wasser“

Zwei oder besser drei unterschiedlich große Bälle werden mit der Hand in ein Wassergefäß (z. B. Haushaltseimer) gedrückt. Die Wassermenge ist so wählen, dass beim größten Ball noch kein Wasser ausfließt. Bei welchem Ball muss man sich mehr anstrengen, um ihn unter Wasser zu drücken?

Beobachtung: Große Bälle sind schwieriger in das Wasser zu drücken. Deutung: Das Wasser drückt die Bälle nach oben, am stärksten den größten Ball.

 

Experiment „Wasserflaschen“

Zwei gleich große Plastikflaschen (1-1,5 Liter) werden vollständig mit Wasser gefüllt und zugeschraubt. Eine Flasche wird in einen mit Wasser gefüllten Eimer gestellt, die zweite Flasche steht neben dem Eimer. Beide Flaschen werden gleichzeitig einige cm angehoben und die Anstrengungen dabei miteinander verglichen.

 


Abb. 2.3: Zwei-Flaschen-Versuch

Beobachtung: Die Flasche im Wassereimer lässt sich viel leichter heben als die Flasche in Luft. Deutung: Das Wasser drückt die Flasche nach oben.

 

Experiment „Federkraftmesser“

Empfehlenswert ist die Beschaffung von Federkraftmessern für die Schulsammlung. Diese kosten im Lehrmittelhandel (z.B. Conatex) ca. 5 - 6 €. Sinnvoll ist ein Kraftmesser mit Endausschlag bei 2,5 Newton und einer mit 5 Newton (entspricht Massen von 250 Gramm und 500 Gramm). Ein Stein geeigneter Masse wird an den Federkraftmesser angehängt und seine Anzeige notiert. Danach wird der Stein in Wasser eingetaucht (Einweckglas) und erneut die Anzeige notiert.

 


Abb. 2.4: Stein an einem Federkraftmesser

Beobachtung: Die Anzeige geht zurück. Deutung: Das Wasser übt auf den Stein eine Kraft nach oben aus.

 

Experiment „Balkenwaage“

Steht in der Lehrmittelsammlung eine Balkenwaage zur Verfügung kann der folgende Versuch angeboten werden. An die beiden Seiten des Waagebalkens werden zwei genau gleich schwerer Gegenstände angehängt, so dass die Waage im Gleichgewicht ist. Dann wird der Gegenstand auf einer Seite in ein Wassergefäß eingetaucht.

 


Abb. 2.5: Demonstration des Auftriebs mit einer Balkenwaage

Beobachtung: Die Waage gerät aus dem Gleichgewicht. Der Gegenstand wird im Wasser scheinbar leichter. Deutung: Das Wasser übt eine Kraft nach oben aus.

 

 

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