+ + Wasserteilchen. Seite 1. Fragestellung. Hypothese. Wenn Wasserteilchen elektrische Dipole sind, dann

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1 Wasser Kurvenstrahl Dauer: 15 Minuten Fragestellung Reibt man einen Kugelschreiber an einem Stück Fell, so lädt er sich elektrisch auf. Er wird zu einem Pluspol Welche Wirkung hat ein solcher aufgeladener Kugelschreiber auf einen feinen Wasserstrahl? Hypothese Wenn Wasserteilchen elektrische Dipole sind, dann, weil ungleichnamige Ladungen sich gegenseitig anziehen. Material Trichter Schlauch Pipette Leitungswasser Becherglas (groß) Kugelschreiber aus Plastik Fell Auffangwanne Wasserteilchen Durchführung 1. Halte den Trichter mit Schlauch und Pipette über die Auffangwanne. 2. Die Pipette muss dabei möglichst gerade nach unten zeigen. 3. Ein Helfer hält nun die Pipette zu. 4. Gieße mithilfe des Becherglases Wasser in den Trichter. 5. Reibe den Kugelschreiber intensiv an einem Fell. 6. Öffne nun die Pipette, sodass ein feiner, senkrecht nach unten fließender Wasserstrahl entsteht. 7. Halte den aufgeladenen Kugelschreiber jetzt in die unmittelbare Nähe des Wasserstrahls, ohne allerdings den Wasserstrahl zu berühren! 8. Was ist an der Fließrichtung des Wasserstrahls zu beobachten? 9. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Seite 1

2 Beobachtung Erklärung Wasser ist nicht einfach nur ein Teilchen, es hat eine ganz bestimmte Form. Diese Form rührt daher, dass das Wasserteilchen aus zwei Teilchen Wasserstoff (Symbol: H) und einem Teilchen Sauerstoff (Symbol: O) zusammengesetzt ist. Die Chemiker schreiben daher auch die Formel H 2 O. Diese Zusammensetzung aus Wasserstoff und Sauerstoff bewirkt, dass ein solches Wasserteilchen über einen Pluspol und einen Minuspol verfügt. Der Pluspol befindet sich bei den beiden Wasserstoffteilchen und der Minuspol beim Sauerstoff. Nun musst du wissen, dass sich Pluspole und Minuspole immer gegenseitig anziehen wie kleine Magnete. Die Wasserteilchen halten sich also untereinander fest, indem sie sich mit ihren Plus- und Minuspolen gegenseitig anziehen. Das bewirkt zum Beispiel den mit C relativ hohen Siedepunkt von Wasser. Reibt man nun einen Kugelschreiber an einem Stück Fell, so lädt dieser sich elektrisch auf. Ein solcher aufgeladener Kugelschreiber übt jetzt starke Anziehungskräfte auf die ebenfalls elektrisch geladenen Wasserteilchen aus, sodass diese schließlich zum Kugelschreiber hingezogen werden. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Siedepunkt von Wasser ist mit C relativ hoch. Die Zusammensetzung aus Wasserstoff und Stickstoff bewirkt, dass ein Wasserteilchen über einen Pluspol und einen Minuspol verfügt. Die besondere Form des Wasserteilchens rührt daher, dass es aus zwei Teilchen Wasserstoff (Symbol: H) und einem Teilchen Sauerstoff (Symbol: O) zusammengesetzt ist. Reibt man einen Kugelschreiber an einem Stück Fell, so lädt dieser sich elektrisch auf. Chemiker schreiben für das Wasserteilchen auch die Formel H 2 O 2. Der Pluspol befindet sich bei einem Wasserteilchen beim Sauerstoff und der Minuspol beim Wasserstoff. Pluspole und Minuspole ziehen sich immer gegenseitig an wie kleine Magnete. Wasserteilchen halten sich untereinander fest, indem sie sich mit ihren Plus- und Minuspolen gegenseitig anziehen. Ein elektrisch aufgeladener Kugelschreiber übt starke Anziehungskräfte auf die ebenfalls elektrisch aufgeladenen Wasserteilchen aus, sodass diese schließlich zum Kugelschreiber hingezogen werden. Seite 2

3 Wasser Blütenweiß Dauer: ca. 2 Tage Fragestellung In einem Gefäß mit angefärbtem Wasser steht eine Pflanze mit weißer Blüte. Was geschieht nach einiger Zeit mit den Blütenblättern? Hypothese Material 2 Reagenzgläser 1 Erlenmeyerkolben Tinte Leitungswasser weiß blühende Pflanze Scharfes Messer Schneidebrett Durchführung 1. Fülle zwei Reagenzgläser mit unterschiedlich angefärbtem Wasser. 2. Schneide den Stängel einer Pflanze der Länge nach vom unteren Ende her ein. 3. Stelle die Pflanze mit einer Stängelhälfte in das eine und mit der anderen Stängelhälfte in das andere Reagenzglas. 4. Stelle die Pflanze für einige Tage an einem warmen und hellen Ort. 5. Beobachte und erkläre, wie sich die Färbung der Blüten verändert. 6. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Seite 3

4 Beobachtung Erklärung Pflanzen brauchen Wasser. Sie müssen, wie Tiere und Menschen, immer genug Wasser haben, damit sie leben können. Krautige Pflanzen, wie zum Beispiel Löwenzahn oder Brennnessel, brauchen Wasser, um ihre Festigkeit zu erhalten, denn sie haben keinen Stamm aus Holz. Alle Zellen einer solchen Pflanze sind prall mit Wasser gefüllt. Dadurch stehen sie unter Druck und geben der Pflanze Stabilität. Fehlt den Pflanzen Wasser, fangen sie an zu welken. Das Wasser dient aber nicht nur der Erzeugung von Stabilität, es ist auch die Grundsubstanz in der alle Lebensvorgänge ablaufen (das gilt natürlich auch für Tiere). Außerdem hat das Wasser für die meisten Pflanzen aber auch noch eine wichtige Transportfunktion, denn alle Mineralstoffe, die eine Pflanze für ihr Wachstum braucht, entnimmt sie dem Boden in Form gelöster Salze. Diese werden dann zusammen mit dem Wasser durch spezielle Leitungsbahnen in alle Organe transportiert. Schließlich braucht jede grüne Pflanze das Wasser auch für die Herstellung von Zucker durch den Prozess der Fotosynthese. So kommt es, das ein großer Laubbaum an einem normalen Sommertag mehr als 250 Liter Wasser (= 25 große Eimer) braucht! Das Wasser bekommt er über die Wurzeln, die unterirdisch ein ebenso umfangreiches Netzwerk bilden wie die Äste und Zweige über der Erde. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Pflanzen nehmen über ihre Wurzeln Wasser auf und leiten dieses durch den Stängel zu den Blättern und Blüten. Pflanzen haben in ihren Stängeln winzige Leitungsbahnen, in denen sie Wasser transportieren können. Der Stängel einer Pflanze ist hohl, sodass durch diesen Hohlraum Wasser wie durch einen Schlauch transportiert werden kann. Grüne Pflanzen benötigen wie alle Lebewesen Wasser für alle Lebensvorgänge und für die Fotosynthese. Wasser hat für die meisten Pflanzen eine wichtige Transportfunktion, da es die Aufnahme von Nährstoffen ermöglicht. Ein großer Laubbaum braucht an einem normalen Sommertag mehr als 250 Liter Wasser. Pflanzenzellen sind meist prall mit Wasser gefüllt. Dadurch stehen sie unter Druck und geben der Pflanze Stabilität. Seite 4

5 Wasser Wassergehalt Dauer: 5 Tage Fragestellung Alle Lebewesen bestehen zu einem mehr oder weniger großen Teil aus Wasser. Welches Obst oder Gemüse enthält am meisten Wasser? Hypothese Material Apfel, Tomate, Gurke usw. Messer Waage Petrischalen Trockenschrank Durchführung 1. Schneide aus einem Apfel ein Viertel heraus, lege es auf eine Petrischale und wiege es zusammen mit der Schale genau. 2. Lass das Apfelstück auf der Petrischale einige Tage im Trockenschrank liegen. 3. Wiederhole nun die Wiegung (mit Petrischale) und bestimme den Gewichtsverlust. 4. Beobachte und erkläre, wie sich das Gewicht der Pflanzenteile verändert hat. 5. Führe die Messung für drei Obst- oder Gemüsesorten durch. 6. Lege für deine Messwerte eine Tabelle an und berechne den Wassergehalt bezogen auf 1 Kilogramm Obst oder Gemüse. 7. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Das Obst und Gemüse kannst du probieren, wenn es einwandfrei aussieht. Seite 5

6 Beobachtung Pflanze Anfangsgewicht Endgewicht Wassergehalt Wassergehalt in einem Kilogramm Erklärung Wasser ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Vermutlich ist das irdische Leben sogar im Wasser entstanden. Quallen bestehen sogar zu fast 99% aus Wasser. Alle Lebensvorgänge, auch die des menschlichen Körpers, laufen in wässriger Umgebung ab. Das hängt mit den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Wassers zusammen, was es zu einem hervorragenden Lösungsmittel für viele Bestandteile von Lebewesen macht. Fehlt Wasser, so verlangsamen sich die Lebensprozesse oder kommen zum Stillstand. Daher können Lebensmittel durch Trocknen haltbar gemacht werden. Lebende Zellen enthalten daher immer auch einen mehr oder weniger großen Teil Wasser. Der Mensch besteht daher zu etwa 60% aus Wasser. Ein solcher Wassergehalt kann aber nur durch regelmäßiges Trinken aufrechterhalten werden. Menschen können über einen Monat ohne Nahrungsmittel auskommen, aber nur wenige Tage ohne Wasser. So kommt es, dass der Mensch im Laufe seines Lebens etwa Liter Wasser trinkt. Auch Pflanzen enthalten Wasser, besonders in den Früchten. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Pflanzen enthalten Wasser, besonders in den Samen. Der Mensch trinkt im Laufe seines Lebens etwa Liter Wasser. Die Zellen, aus denen Lebewesen aufgebaut sind, enthalten nur selten Wasser. Alle Lebensvorgänge, auch die des menschlichen Körpers, laufen in wässriger Umgebung ab. Nach dem Trocknen wiegen Gemüse und Früchte weniger, weil das enthaltene Wasser verdunstet ist. Wasser ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Vermutlich ist das irdische Leben ohne Wasser entstanden. Quallen bestehen zu 60% aus Wasser. Lebensmittel können durch Trocknen haltbar gemacht werden, weil sich die Lebensprozesse ohne Wasser verlangsamen oder zum Stillstand kommen. Der Mensch besteht zu etwa 90% aus Wasser. Menschen können ohne Wasser nur einen Monat überleben. Der Gewichtsunterschied zwischen dem frischen Gemüse und dem getrockneten Gemüse entspricht in etwa dem Wassergehalt. Seite 6

7 Wasser Wasserhaut Dauer: 20 Minuten Fragestellung Was geschieht mit einer Büroklammer, die auf einer Wasseroberfläche schwimmt, wenn Spülmittel in das Wasser gegeben wird? Hypothese Wenn Spülmittel auf eine Wasseroberfläche gegeben wird, auf der eine Büroklammer schwimmt, dann geht die Büroklammer unter, weil die Wasserhaut, auf der die Büroklammer schwimmt, durch Spülmittel zerstört wird. Material Petrischale Spritzflasche mit Leitungswasser Spülmittel Pinzette Büroklammer (neu, trocken) Durchführung 1. Reinige die Petrischale zunächst sorgfältig unter fließendem Wasser, um Spülmittelreste von der letzten Benutzung vollständig zu entfernen. 2. Fülle die Petrischale etwa zur Hälfte mit Wasser. 3. Nimm mit der Pinzette eine neue und trockene Büroklammer aus dem Vorratsgefäß und lege sie ganz vorsichtig auf die Wasseroberfläche, sodass sie schwimmt (Nur saubere und unbenutzte Büroklammern schwimmen zuverlässig!). 4. Gib anschließend am Rand der Petrischale vorsichtig einen Tropfen Spülmittel in das Wasser (nicht auf die Büroklammer!). 5. Beobachte und protokolliere, was mit der Büroklammer geschieht. 6. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Die gebrauchte Büroklammer bitte in den Abfall geben! Seite 7

8 Beobachtung Erklärung Wasserteilchen sind elektrisch geladen, dadurch wirken sie wie winzige Magneten. Die Wasserteilchen halten daher untereinander zusammen und erzeugen eine gespannte Oberfläche, die sogenannte Wasserhaut. Diese Wasserhaut kann sogar Gegenstände tragen, die eine größere Dichte haben als Wasser. So können Büroklammern darauf schwimmen und auch kleine Insekten, wie zum Beispiel der Wasserläufer. Durch die Anziehungskräfte zwischen den Wasserteilchen hat die Wasserhaut das Bestreben sich zusammen zu ziehen als wäre sie aus gespanntem Gummi. Man spricht deshalb auch von der Oberflächenspannung des Wassers. Das ist der Grund dafür, dass sich Wasser zum Beispiel auf einer Glasscheibe zu Tropfen formt und nicht als dünner Film darauf verteilt bleibt. Das Spülmittel im Experiment zerstört diese Wasserhaut und damit die Oberflächenspannung, indem es sich zwischen die Wasserteilchen schiebt und deren Zusammenhalt stört. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Wasserteilchen halten untereinander wie winzige Magnete zusammen. In spülmittelhaltigem Wasser ist die Oberflächenspannung besonders groß. Die Oberflächenspannung des Wassers entsteht durch den starken Zusammenhalt der Wasserteilchen. Nach der Zugabe von Spülmittel geht die Büroklammer unter. Wasserläufer können auf der Wasserhaut laufen, weil Insekten elektrisch geladen sind. Spülmittel zerstört die Oberflächenspannung, indem es die Wasserteilchen vernichtet. Auf der Wasserhaut können sogar kleine Insekten laufen. Beim Experiment 'Schwimmende Büroklammer' muss immer eine saubere und trockene Büroklammer verwendet werden. Auf einer Wasseroberfläche schwimmen nur Gegenstände, die eine geringere Dichte haben als Luft. Wasserteilchen sind elektrisch geladen. Aufgrund der Oberflächenspannung bildet Wasser auf Glasscheiben immer einen dünnen, gleichmäßigen Wasserfilm. Wasserteilchen bestehen aus Kaugummi und erzeugen dadurch eine starke Oberflächenspannung. Seite 8

9 Wasser Wasserproben Dauer: 45 Minuten Fragestellung Auf einem Objektträger befinden sich Wassertropfen von vier verschiedenen Wasserproben. Was bleibt zurück, wenn das Wasser verdunstet ist? Hypothese Material Je eine Tropfflasche o Destilliertes Wasser (D) o Leitungswasser (L) o Zuckerwasser (Z) o Salzwasser (S) Objektträger (gereinigt!) Binokular D L Z S Durchführung 1. Der Objektträger muss ganz sauber sein (unter fließendem Wasser mit einem weichen Lappen abwaschen). 2. Gib einen Tropfen jeweils einer Wassersorte in jeweils eine kreisförmige Aussparung des Objektträgers (notiere genau, welche Wassersorte sich wo auf dem Objektträger befindet). 3. Lege nun den Objektträger vorsichtig auf den Objekttisch des Binokulars (die Wassertropfen düren nicht verlaufen). 4. Schalte das Licht des Binokulars ein. 5. Beobachte die Veränderungen in den vier verschiedenen Wassertropfen für die nächsten Minuten, bis das Wasser vollständig verdunstet ist. 6. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Seite 9

10 Beobachtung Destilliertes Wasser Leitungswasser Zuckerwasser Salzwasser Kein Rückstand Kein Rückstand Kein Rückstand Kein Rückstand Wenig Rückstand Wenig Rückstand Wenig Rückstand Wenig Rückstand Viel Rückstand Viel Rückstand Viel Rückstand Viel Rückstand Erklärung Außer beim destillierten Wasser bleibt bei allen Wassersorten nach der Verdunstung ein mehr oder weniger großer, meist weißlicher Rückstand übrig. Dieser besteht aus den im Wasser üblicherweise gelösten Salzen, denn diese verdampfen erst bei sehr hohen Temperaturen. Kochsalz, ein häufig vorkommendes Salz, siedet und verdampft zum Beispiel erst bei C. Ein Liter Atlantikwasser enthält übrigens etwa 35 Gramm Salz, hauptsächlich Kochsalz. Salze liegen in Form von elektrisch geladenen Teilchen, sogenannten Ionen, vor. Sie sind unentbehrlich für alle Lebewesen. Meerwasser ist mit seinem vergleichsweise hohen Salzgehalt jedoch ungenießbar. Als Trinkwasser eignen sich nur 3% aller Wasservorkommen der Erde, das sogenannte Süßwasser. In der Chemie wird häufig destilliertes Wasser verwendet. Es wird durch Destillation gewonnen und ist Wasser, (fast) ohne die im normalen Quellwasser und Leitungswasser vorkommenden Salze und Verunreinigungen. Daher verdunstet destilliertes Wasser (nahezu) rückstandslos. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Destilliertes Wasser enthält etwa 35 Gramm Kochsalz. In der Chemie wird häufig das von Verunreinigungen befreite destillierte Wasser verwendet. Destilliertes Wasser wird durch Destillation gewonnen. Destilliertes Wasser verdunstet nicht. Wasserflecken in der Spüle und im Badezimmer bestehen aus Salzen, die im Leitungswasser gelöst vorkommen. Salze sind lebenswichtig für Tiere und Pflanzen. Salze liegen meist in Form von Ionen vor. Im Experiment 'Wasserproben' sollte nur Salzwasser ohne Rückstände verdampfen. Ionen sind elektrisch geladene Teilchen. 90% aller Wasservorkommen sind Salzwasser und damit als Trinkwasser nicht geeignet. Destilliertes Wasser enthält (fast) keine Salze und Verunreinigungen. Durch Erwärmen wird das Verdampfen des Wassers beschleunigt. Seite 10

11 Wasser Ölig Dauer: 30 Minuten Fragestellung Ob Öl schwimmt oder untergeht hängt von der Dichte der Flüssigkeit ab, in die das Öl gegeben wird. In Wasser schwimmt das Öl, in Spiritus geht es unter. Was aber passiert in einem Gemisch aus Wasser und Spiritus? Hypothese Wenn Spiritus und Wasser gemischt werden, dann wird das Öl bei einem bestimmten Mischungsverhältnis.., weil Material 3x Reagenzglas Reagenzglasständer Leitungswasser Sesamöl Spiritus Einmal-Pipette Messzylinder Becherglas (klein) Gummistopfen Durchführung 1. Fülle das erste Reagenzglas mit 10 ml Wasser. 2. Gib mit der Pipette 3 Tropfen Sesamöl vorsichtig direkt auf die Wasseroberfläche. Beobachte! 3. Fülle das zweite Reagenzglas mit 10ml Spiritus. 4. Gib mit der Pipette 3 Tropfen Sesamöl vorsichtig direkt auf die Spiritusoberfläche. Beobachte! 5. Fülle das dritte Reagenzglas mit 10 ml Wasser und wiederhole Schritt zwei. 6. Gib in das dritte Reagenzglas nun zusätzlich 10 ml Spiritus. Lass den Spiritus dazu langsam an der Innenwandung des Reagenzglases herablaufen (siehe Abbildung). Anschließend das Reagenzglas mit einem Stopfen verschließen und sehr vorsichtig schwenken, damit sich Wasser und Spiritus vermischen. 7. Beobachte, wo sich die Öltropfen in der Flüssigkeit befinden. 8. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig mit Spülmittel gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Die Reagenzgläser bitte nicht abwaschen, sondern in den Sammelbehälter geben. Seite 11

12 Beobachtung Erklärung Ob ein Stoff schwimmt oder nicht, hängt von seinem Gewicht ab. Leichte Stoffe, wie zum Beispiel Styropor, schwimmen, schwere Stoffe, wie zum Beispiel Eisen, gehen unter - so sagt man. Diese Formulierung ist jedoch ziemlich ungenau, denn ein hausgroßer Styroporblock wiegt ein Vielfaches von dem einer eisernen Schraube. Dennoch schwimmt der Styroporblock und die Schraube geht unter. Es kommt also zusätzlich auf den Rauminhalt, das Volumen, an. Dieses auf ein bestimmtes Volumen bezogene Gewicht nennt man spezifisches Gewicht oder Dichte. Vergleicht man also gleiches Volumen, zum Beispiel das Gewicht von einem Liter Öl und einem Liter Wasser, so stellt man fest, dass das Wasser schwerer ist er hat eine höhere Dichte als Öl. Daher schwimmt das Öl auf dem Wasser. In deinem Experiment gibst du nun aber Spiritus, das eine geringere Dichte hat als Öl, in das Gefäß mit dem Wasser. Die Dichte der entstehenden Wasser-Spiritus-Mischung ist daher geringer als die von reinem Wasser. Ab einer bestimmten Spiritusmenge ist die Dichte der Wasser-Spiritus-Mischung genauso groß wie die Dichte des Öls. Jetzt schwebt das Öl in der Mitte der Flüssigkeit. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Das Gewicht eines Stoffes bezogen auf ein bestimmtes Volumen nennt man spezifisches Gewicht oder Dichte. Vergleicht man das Gewicht von einem Liter Öl und einem Liter Wasser, so stellt man fest, dass das Wasser schwerer ist er hat eine geringere Dichte als Öl. Ab einer bestimmten Spiritusmenge ist die Dichte der Wasser-Spiritus-Mischung genauso groß wie die Dichte des Öls, sodass das Öl in der Mitte der Flüssigkeit schwebt. Eisen hat eine niedrigere Dichte als Styropor. Ob ein Stoff schwimmt oder nicht hängt nicht nur von seinem Gewicht, sondern auch von seinem Volumen ab. Öl schwimmt auf Wasser, weil Wasser eine größere Dicht hat als Öl. Öl schwimmt auf Spiritus, weil Öl eine kleinere Dichte hat als Spiritus. Wird Wasser und Spiritus miteinander gemischt, ist die Dichte der entstehenden Mischung geringer als die Dichte von Wasser. Seite 12

13 Wasser Eisberg voraus! Dauer: 60 Minuten Fragestellung Wenn schwimmende Eisberge schmelzen, gelangt das Schmelzwasser ins Meer. Führt das zum Ansteigen des Meeresspiegels? Ändert sich also auch der Wasserstand in einem Trinkglas, wenn darin schwimmende Eiswürfel schmelzen? Hypothese Material Eiswürfel Kunststoffwanne Wasserglas Becherglas Pipette Durchführung 1. Löse einen großen Eiswürfel aus der Gefrierschale (den Rest zurück in den Kühlschrank geben). 2. Fülle ein Wasserglas zur Hälfte mit kaltem Wasser und gib danach den Eiswürfel hinein. 3. Stelle das Wasserglas mit dem Eiswürfel in die Kunststoffwanne. 4. Fülle anschließend das Becherglas mithilfe der Pipette soweit mit kaltem Leitungswasser auf, bis das Wasserglas randvoll mit Wasser gefüllt ist. 5. Beobachte nun den Wasserstand im Becherglas so lange, bis der Eiswürfel vollständig geschmolzen ist. 6. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Seite 13

14 Beobachtung Der Wasserstand im Wasserglas sinkt. Der Wasserstand im Wasserglas steigt (das Glas läuft über). Der Wasserstand im Wasserglas bleibt unverändert. Erklärung Wasser kann flüssig, gasförmig oder fest sein. Diese Zustandsformen nennt man Aggregatzustände. Süßwasser gefriert bei null Grad Celsius (Salzwasser erst bei tieferen Temperaturen). Dabei geschieht etwas Ungewöhnliches: Beim Gefrieren dehnt sich das Eis aus! Das macht sonst kaum ein anderer Stoff. Der Rauminhalt (Volumen) von Wasser nimmt beim Gefrieren um ein Zehntel zu. Dies kann man selbst nachprüfen: Wenn man 1 Liter Wasser einfriert, werden aus diesem 1,1 Liter Eis. Eis hat also eine geringere Dichte als flüssiges Wasser. Seine größte Dichte hat Wasser bei +4 0 C. Dies bezeichnet man als Dichteanomalie des Wassers. Weil sich Wasser beim Gefrieren ausdehnt und sich dabei die Dichte verringert, können Eiswürfel und natürlich auch Eisberge im Wasser schwimmen. Wenn das schwimmende Eis dann wieder schmilzt, sollte doch eigentlich der Wasserspiegel steigen. Das macht er jedoch nicht, denn aus dem gesamten Eisblock entsteht gerade genau so viel flüssiges Wasser, wie das Eis zuvor im Wasserglas verdrängt hat. Der Wasserstand bleibt deshalb immer gleich. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Wasser hat seine größte Dichte bei +4 Grad Celsius. Die Tatsache, dass Eis eine größere Dichte hat als flüssiges Wasser, bezeichnet man als Dichteanomalie des Wassers. Eisberge schwimmen, weil Eis eine größere Dichte hat als flüssiges Wasser. Fast alle Stoffe vergrößern ihre Dichte, wenn sie abgekühlt werden. Zu Beginn des Experiments schwimmen die Eiswürfel an der Oberfläche und ragen mit etwa 10% ihres Volumens über die Wasseroberfläche hinaus. Das schwimmende Eis des Nordpols trägt erheblich zum Meeresspiegelanstieg durch die Klimaerwärmung bei. Wenn ein schwimmender Eiswürfel schmilzt, entsteht genauso viel Schmelzwasser wie zuvor von dem Eisblock verdrängt wurde. Fast alle Stoffe verringern ihre Dichte, wenn sie abgekühlt werden. Die Aggregatzustände des Wassers sind: fest, flüssig und gasförmig. Süßwasser gefriert bei 0 Grad Celsius. Beim Gefrieren vergrößert sich das Volumen von Wasser (Eis) um etwa ein Fünftel. Salzwasser hat einen höheren Gefrierpunkt als Süßwasser. Seite 14

15 Wasser Archimedes Dauer: 30 Minuten Fragestellung Wie verändert sich das Gewicht eines bis zum Auslass mit Wasser gefüllten Überlaufgefäßes, wenn eine hölzerne Garnrolle hineingelegt wird? Hypothese Material Überlaufgefäß 1x Becherglas (klein) 1x Becherglas (groß) Waage Garnrolle Spülmittel (verdünnt) Leitungswasser Durchführung 1. Stelle die Waage auf eine waagerechte Fläche auf schalte sie ein. 2. Wenn die Anzeige 0.0 g erscheint, stelle das Überlaufgefäß auf die Waage. 3. Stelle ein Becherglas unter den Überlauf (Abbildung). 4. Gib drei Tropfen Spülmittel in das Überlaufgefäß und fülle es dann bis zum Überlauf mit Leitungswasser. 5. Lies nun das Gewicht auf der Anzeige der Waage ab und notiere den Wert. 6. Lege jetzt die Garnrolle vorsichtig in das Überlaufgefäß, sodass sie schwimmt. 7. Lies nun abermals das Gewicht ab und notiere den Wert. 8. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Seite 15

16 Beobachtung Das Gewicht des Überlaufgefäßes (mit Wasser und Garnrolle) verringert sich. Das Gewicht des Überlaufgefäßes (mit Wasser und Garnrolle) vergrößert sich. Das Gewicht des Überlaufgefäßes (mit Wasser und Garnrolle) bleibt unverändert. Erklärung Legt man einen Gegenstand, der eine geringere Dichte hat als Wasser, auf eine Wasseroberfläche, so wird er schwimmen. Allerdings liegt er meist nicht nur auf der Oberfläche, sondern taucht mehr oder weniger stark in die Flüssigkeit ein. Da wo vorher Wasser war, ist dann also der schwimmende Gegenstand. Man sagt, das Wasser wurde verdrängt. Nun ist es so, dass ein schwimmender Gegenstand immer genau so viel Wasser verdrängt, wie er selber wiegt. Ein 5 Gramm schwerer Gegenstand wird also 5 Gramm Wasser verdrängen. Ist das Gefäß, in dem sich dies alles abspielt nicht bis zum Rand gefüllt, so wird die verdrängte Wassermenge den Flüssigkeitsspiegel ansteigen lassen. Ist das Gefäß, wie in unserem Experiment jedoch randvoll, so läuft das verdrängte Wasser über den Überlauf aus dem Gefäß ab. Das Gewicht des Gefäßes erhöht sich nach Zugabe der Garnrolle also zunächst um das Gewicht der Garnrolle, sinkt dann aber durch Ablaufen der verdrängten Wassermenge wieder genau auf seinen ursprünglichen Wert ab. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Legt man einen Gegenstand, der eine größere Dichte hat als Wasser, auf eine Wasseroberfläche, so wird er schwimmen. Ein schwimmender Gegenstand verdrängt immer genau so viel Wasser, wie er selber wiegt. Das angezeigte Gewicht ändert sich nach Zugabe der Garnrolle nicht, weil durch die schwimmende Garnrolle genau so viel Wasser überläuft, wie sie selber wiegt. Das angezeigte Gewicht verringert sich nach Zugabe der Garnrolle, weil Holz eine geringere Dichte hat als Wasser. Seite 16

17 Wasser Schnelle Schwimmer Dauer: 60 Minuten Fragestellung Fische haben ganz unterschiedliche Körperformen. Dies ist eine Anpassung an ihre jeweilige Lebensweise. Welche Körperform haben Fischarten, die besonders schnell schwimmen können? Hypothese Material Großer Standzylinder mit Stativ Stoppuhr Waage Wiegeschälchen oder Petrischale Bindfaden Knetmasse Leitungswasser Messgefäß (2 Liter) Durchführung 1. Überprüfe das Gewicht der drei Knetmasse-Objekte. Jedes sollte genau 20 g wiegen. Die Knete keinesfalls direkt auf die Waage legen, sondern in einem Wiegeschälchen oder einer Petrischale wiegen! 2. Fülle den Standzylinder mithilfe des Messgefäßes bis 3 cm unter den Rand mit Leitungswasser. 3. Halte die Kugel aus Knetmasse an ihrem Faden direkt über die Wasseroberfläche und lass sie dann absinken (Achtung: der Faden darf den Sinkvorgang nicht abbremsen!). 4. Stoppe die benötigte Zeit, bis die Kugel am Boden angekommen ist. Führe diese Messung mindestens dreimal durch (den Körper am Faden wieder herausziehen). Führe die Schritte 4 und 5 auch für den Würfel durch. 5. Forme nun aus der dritten Portion Knetmasse einen deiner Meinung nach besonders schnellen Körper und bestimme ebenfalls seine Sinkzeit. Probiere solange, bis du die schnellste Form gefunden hast und beschreibe sie möglichst genau (Zeichnung)! 6. Lege für deine Messwerte eine Tabelle an und berechne jeweils die Mittelwerte. 7. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Seite 17

18 Beobachtung Sinkzeit Messung 1 Messung 2 Messung 3 Mittelwert Kugel Würfel Skizze deiner schnellsten Form: Eigene Form Erklärung Fische haben ganz unterschiedliche Körperformen; manchmal ist ihr Körper hochrückig (Barsch, Karpfen), manchmal schlangenförmig (Aal) und manchmal lang gestreckt wie ein Torpedo. Diese Form, man nennt sie spindelförmig, bietet dem Wasser einen besonders geringen Widerstand. Ein Fisch mit dieser Körperform kann sich daher mit niedrigem Energieaufwand und besonders schnell im Wasser bewegen. Durch Wasser zu schwimmen bedeutet die Wasserteilchen von dort zu verdrängen, wo sie im Wege sind. Einem spitzen und schlanken Körper gelingt dies mit dem geringsten Energieaufwand. Die jeweilige Körperform steht daher in engem Zusammenhang mit der Lebensweise. Eine lang gestreckte Körperform haben zum Beispiel Hechte und Makrelen. Diese müssen sich im Wasser pfeilschnell bewegen können, um ihre Beute zu fangen bzw. nicht zur Beute anderer Fische zu werden. Einige Fische haben auch flache Formen, wie die Schollen und die Rochen. Bei der Lebensweise dieser Fische kommt es nicht auf Geschwindigkeit an. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Bei der Lebensweise der flachen Schollen und Rochen kommt es besonders auf hohe Geschwindigkeit an. Ein Fisch mit einer spindelförmigen Körperform kann sich nur mit hohem Energieaufwand im Wasser bewegen. Die Körperform von Fischen steht in engem Zusammenhang mit ihrer Lebensweise. Manche Fische müssen sich im Wasser pfeilschnell bewegen können, um ihre Beute zu fangen bzw. nicht zur Beute anderer Fische zu werden. Wenn sich Fische durchs Wasser bewegen, müssen sie alle Wasserteilchen von dort verdrängen, wo sie im Wege sind. Spitze und schlanke Körper können Wasserteilchen, von dort wo sie im Wege sind, am einfachsten verdrängen. Spindelförmige Körper gleiten mit dem geringsten Widerstand durchs Wasser. Zum Berechnen der Mittelwerte müssen alle Messwerte addiert und dann mit der Anzahl der Messwerte multipliziert werden. Seite 18

19 Wasser Totes Meer Dauer: 20 Minuten Fragestellung In Wasser schwimmt ein Gummistopfen normalerweise nicht. Kann ein Gummistopfen durch die Zugabe von Salz schwimmfähig gemacht werden? Hypothese Material Becherglas (250 ml) Spatellöffel Gummistopfen Salz Wasser Durchführung 1. Fülle das Becherglas mit ca. 100 ml Wasser. 2. Gib den Gummistopfen in das Becherglas und beobachte die Position des Stopfens. 3. Gib dann zusätzlich 3 Teelöffel Salz in das Becherglas und rühre um, bis sich das Salz vollständig aufgelöst hat. 4. Beobachte und erkläre, wohin sich der Gummistopfen bewegt. 5. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Seite 19

20 Beobachtung Erklärung Dinge können genau dann in Wasser schwimmen, wenn ihre Dichte geringer ist als die von Wasser. Der Gummistopfen schwimmt also nicht im Süßwasser, da seine Dichte höher ist als die von Süßwasser. Der Gummistopfen schwimmt dagegen im Salzwasser, da seine Dichte dann geringer ist als die von Salzwasser. Das liegt daran, dass das Salz dem Wasser eine höhere Dichte verleiht. Merke: Dichte ist das Verhältnis zwischen Masse und Volumen. Anschaulich bedeutet Dichte für dieses Beispiel: 1 Liter Gummistopfen ist schwerer als 1 Liter Süßwasser. Gummi hat also eine höhere Dichte als Süßwasser und geht im Süßwasser unter. 1 Liter Gummistopfen ist leichter als 1 Liter Salzwasser. Gummi hat demnach eine geringere Dichte als Salzwasser und schwimmt im Salzwasser. Im toten Meer treiben Menschen bewegungslos an der Oberfläche. Möglich wird dies durch die große Dichte des Wassers in diesem Meer, das bis zu 33% Salz enthält. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Süßwasser hat eine größere Dichte als Salzwasser. Das Wasser des Toten Meeres hat einen Salzgehalt von bis zu 33%. Der Gummistopfen geht im Wasser unter, wenn ausreichend Salz darin gelöst worden ist. Der verwendete Gummistopfen hat eine größere Dichte als Süßwasser. Ein Körper schwimmt in Wasser, wenn seine Dichte geringer ist als die von Wasser. Dichte ist das Verhältnis zwischen Masse und Länge. Dichte ist das Verhältnis zwischen Gewicht und Volumen. Dichte ist das Verhältnis zwischen Masse und Volumen. Der Gummistopfen steigt im Wasser nach oben, wenn ausreichend Salz darin gelöst worden ist. Der Gummistopfen steigt sofort im Wasser nach oben, sobald Salz in das Becherglas gegeben wurde. Das Salz muss im Wasser aufgelöst werden, damit es die Dichte der Flüssigkeit verändern kann. Der Gummistopfen löst sich im Salzwasser auf. Seite 20

21 Wasser Auftrieb Dauer: 45 Minuten Fragestellung Werden Körper in Wasser getaucht, nimmt ihre Gewichtskraft ab, weil das Wasser Auftrieb erzeugt. Drei unterschiedlich schwere Körper aus Metall haben jeweils das gleiche Volumen. Welcher davon erfährt den größeren Auftrieb? Hypothese Material Becherglas (250 ml) Federwaage Wasser 3x Metallgewichte Alle Metallkörper genau bis hier eintauchen Durchführung 1. Vorsicht! Die Federwaage ist äußerst empfindlich! Nicht überlasten! Sauber und trocken halten! Nicht in das Wasser tauchen! Nicht werfen! 2. Bestimme mit der Federwaage die Gewichtskraft des ersten Metallkörpers [in N]. 3. Fülle nun das Becherglas mit 200 ml Wasser. 4. Tauche den an der Federwaage hängenden Metallkörper in das gefüllte Becherglas (der Metallkörper muss dabei vollständig untergetaucht sein und frei im Wasser hängen!). 5. Lies auf der Federwaage jetzt die Gewichtskraft des im Wasser hängenden Metallkörpers ab. 6. Berechne den Auftrieb. 7. Führe nun die gleiche Messung und Berechnung mit den anderen Metallgewichten durch. 8. Protokolliere alle Werte in der Tabelle. 9. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigte trocknet und verpackt werden! Seite 21

22 Beobachtung Gewichtskraft in Luft (G l )... Gewichtskraft in Wasser (G W ) Auftrieb = G l - G W Erklärung Jeder Körper verdrängt beim Eintauchen Wasser. Das Wasser will seinen Platz wieder einnehmen und drückt dabei das Gewicht mit einer bestimmten Kraft nach oben (entgegen der Schwerkraft). Diese Kraft heißt Auftrieb und entspricht demnach genau dem Gewicht des von der Kugel verdrängten Wassers (1 Liter Wasser wiegt 1 Kilogramm). Die Menge des verdrängten Wasser ist aber gleich dem Rauminhalt (Volumen) des eingetauchten Körpers. Da alle Körper in diesem Experiment das gleiche Volumen haben, sind bei allen Körpern die verdrängten Wassermengen gleich. Entsprechend ist auch der jeweilige Auftrieb immer gleich oder anders ausgedrückt, alle Körper haben im Wasser eine um den gleichen Betrag verringerte Gewichtskraft. Die Federwaage kann diesen Unterschied messen und zeigt daher für jede Kugel eine um genau den gleichen Betrag verringerte Gewichtskraft an. Zu beachten ist, dass die Gewichtskraft von der Federwaage in der physikalischen Einheit Newton [N] angegeben wird. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Körper mit dem gleichen Volumen erfahren in Wasser getaucht den gleichen Auftrieb. Eine Federwaage misst Kräfte in der physikalischen Einheit Newton (abgekürzt: N). Zum Bestimmen des Auftriebs muss das Gewichtsstück auf dem Grund des Gefäßes liegen. Alle drei Gewichtsstücke haben das gleiche Volumen. Auftrieb entsteht nur bei untergetauchten Körpern, die leichter sind als Wasser. Als Auftrieb wird die Kraft bezeichnet, die ein Körper durch die Verdrängung einer Flüssigkeit oder eines Gases erfährt. Auftrieb entsteht, weil das durch einen untergetauchten Körper verdrängte Wasser seinen Platz wieder einnehmen möchte. Der Auftrieb eines Körpers hängt von seiner Form ab. Ein Körper mit einem Rauminhalt von einem Liter erfährt in Wasser getaucht einen Auftrieb, der dem Gewicht von einem Liter Wasser entspricht. 10 Liter Wasser wiegen 10 Kilogramm. Ein Körper mit einem Rauminhalt von einem Liter verdrängt eine Wassermenge mit einem Gewicht von 10 Kilogramm. Die Menge des von einem Körper verdrängten Wassers entspricht dem Volumen des Körpers. Seite 22

23 Wasser Glasscheibentrick Dauer: 30 Minuten Fragestellung Flüssiges Wasser befindet sich aufgrund seines Gewichts normalerweise am Boden eines Gefäßes. Wenn es eng wird, passieren jedoch merkwürdige Dinge. Wohin bewegt sich das Wasser, wenn es zwischen zwei Glasplatten eingezwängt ist? Hypothese Material 2 Objektträger Petrischale Pipette Leitungswasser Streichholz (ohne Kopf) Tinte Reagenzglasklammer 2 Objektträger Streichholz Durchführung 1. Reinige zwei Objektträger und lege diese aneinander. 2. Schiebe an einer Längsseite ein Streichholz (ohne Kopf) zwischen beide Gläser. 3. Befestige das Ganze mit der Reagenzglasklammer. 4. Fülle eine Petrischale zur Hälfte mit Wasser. 5. Gib mithilfe der Pipette einen Tropfen Tinte hinzu. 6. Stelle die zusammengefügten Objektträger hochkant in die mit Wasser gefüllte Petrischale. 7. Beobachte wohin sich das Wasser zwischen den beiden Glasscheiben bewegt. Fertige eine Skizze davon an und beschreibe mit kurzen Sätzen. 8. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Seite 23

24 Beobachtung Skizze: Erklärung Das Wasser fließt aufgrund des Kapillareffektes zwischen den beiden Objektträgern nach oben. Als Kapillare bezeichnet man einen feinen, langgestreckten Hohlraum. Die Kapillare ist in diesem Experiment der feine Spalt zwischen den Glasscheiben. Der Kapillareffekt ist umso stärker, je feiner der Spalt zwischen den beiden Glasscheiben ist. Dort wo der Abstand geringer ist, fließt das Wasser daher höher. Der Kapillareffekt ist eine Folge von Anziehungskräften zwischen den Wasserteilchen und dem Glas (= Adhäsion) und von Anziehungskräften der Wasserteilchen untereinander (= Kohäsion). Der Kapillareffekt ist auch für Pflanzen eine wichtige Kraft. Durch feinste Röhrchen im Stängel, den Leitbündeln, sind Pflanzen in der Lage, Wasser entgegen der Schwerkraft zu den Blättern zu transportieren. Eine wichtige Kraft, die diesen Wasserstrom ermöglicht, ist die in den feinen Röhrchen des Stängels wirkende Kapillarkraft. Riesenmammutbäume schaffen es, Wasser bis in eine Höhe von bis zu 100 Meter zu transportieren. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Die zwischen Wasserteilchen wirkenden Anziehungskräfte nennt man Kohäsion. Die zwischen Wasserteilchen wirkenden Anziehungskräfte nennt man Adhäsion. Die zwischen Wasserteilchen und anderen Stoffen wirkenden Anziehungskräfte nennt man Kohäsion. Der Kapillareffekt entsteht durch Adhäsion und Kohäsion. In den Leitbündeln der Riesenmammutbäume wird Wasser in eine Höhe von bis zu 200 Meter transportiert. Leitbündel sind Kapillaren, in denen Pflanzen Wasser transportieren. Pflanzen nutzen den Kapillareffekt für den Wassertransport in ihren Leitbündeln. Als Leitbündel bezeichnet man kleine Ringe auf der Rinde von Pflanzenstängeln. Wenn die Objektträger im Wasser stehen, steigt Wasser zwischen den beiden Glasscheiben nach oben. Je feiner die Kapillare, desto weiter kann darin durch den Kapillareffekt Wasser transportiert werden. Kapillaren sind feine, langestreckte Hohlräume. Auf der Seite, wo sich das Streichholz befindet, steigt das Wasser am höchsten. Seite 24

25 Wasser Temperaturschwindel Dauer: 30 Minuten Fragestellung Kann man mit den Händen zuverlässig die Temperatur bestimmen? Hypothese Material Drei Kunststoffwannen Wasserkocher Thermometer Eiswürfel Leitungswasser Handtuch Eiswasser 25 0 C 40 0 C Durchführung 1. Fülle eine Kunststoffwanne mit warmem Wasser (40 0 C), fülle eine zweite Wanne lauwarmem Wasser (25 0 C) und eine dritte Wanne mit kaltem Wasser und einigen Eiswürfeln. 2. Rühre das Wasser mit den Eiswürfeln, bis sich das Eis vollständig aufgelöst hat. 3. Stelle alle Kunststoffwannen in einer Reihe vor dir auf: links das warme Wasser, in der Mitte das lauwarme Wasser, rechts das kalte Wasser. 4. Tauche nun deine linke Hand in die linke Wanne und deine rechte Hand in die rechte Wanne. Belasse beide Hände dort für etwa eine Minute. 5. Nimm jetzt beide Hände aus dem Wasser und tauche sie beide gleichzeitig in die mittlere Wanne mit dem lauwarmen Wasser. 6. Beobachte und erkläre, welche Temperatur du dabei mit deinen beiden Händen wahrnimmst. 7. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Seite 25

26 Beobachtung Temperatur- Empfindung Eiswasser Wasser 25 0 C Wasser 40 0 C Das Wasser fühlt sich Das Wasser fühlt sich Das Wasser fühlt sich an. an. an. Erklärung Die Empfindung von Kälte und Hitze ist sehr von den Gewohnheiten abhängig. Für einen Bewohner der Tropen sind 10 C recht kühl, während ein Inuit (kanadischer Eskimo) diese Temperatur als eher warm empfinden würde. Zudem kann das Temperaturempfinden stark durch die vorrausgegangene Temperaturempfindung beeinflusst werden. So zeigt dieser Versuch, dass ein Mensch, der zuvor seine Hände in kaltem Wasser hatte, Wasser mit 25 0 C als warm empfindet, während die gleiche Person mit den Händen aus sehr warmen Wasser kommend die gleichen 25 0 C als eher kühl empfindet. Ein Mensch kann also dieselbe Temperatur unterschiedlich wahrnehmen. Die Empfindung hängt stark davon ab, in welcher Temperaturumgebung er sich vorher befunden hat. Entscheidend ist nämlich der Temperaturunterschied. Auch der Wind spielt bei Temperaturempfindungen eine wichtige Rolle, starker Wind kühlt nämlich zusätzlich. So fühlen sich die noch recht angenehmen C bei Windgeschwindigkeiten von 15 km/h schon wie recht kalte C an. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Die Empfindung von Wärme und Kälte wird stark durch die vorrausgegangene Temperaturempfindung beeinflusst. Die Windgeschwindigkeit hat einen zusätzlichen Effekt auf das Temperaturempfinden. Ein Mensch nimmt dieselbe Temperatur immer gleich wahr. Entscheidend für das Temperaturempfinden ist der Temperaturunterschied. Seite 26

27 Wasser Transpirationssog Dauer: 60 Minuten Fragestellung Kann Wasser durch die Pipette selbstständig aus dem unteren mit Wasser gefüllten Erlenmeyerkoben in den oberen Kolben fließen? Hypothese Material 2 Erlenmeyerkolben 250 ml Leitungswasser 3 Bierdeckel Einmal-Pipette Schere Leitungswasser Bierdeckel Leitungswasser Oberer Erlenmeyerkolben Unterer Erlenmeyerkolben Durchführung 1. Fülle den ersten Erlenmeyerkolben bis 2 cm unter den Rand mit Wasser und gib mit der Pipette in den zweiten Erlenmeyerkolben 3 ml Wasser. 2. Schneide die Pipette beim 1 ml Strich mit der Schere ab. 3. Bohre mit der Spitze der Schere ein kleines Loch in die Mitte aller Bierdeckel (Vorsicht: die Bierdeckel nicht knicken), lege alle Bierdeckel übereinander und passe die Pipette in diese Löcher lückenlos ein. 4. Verschließe den zweiten Erlenmeyerkolben mit dem Bierdeckelstapel, wobei das stumpfe Ende der Pipette in den Erlenmeyerkolben hineinragen muss. 5. Stelle den verschlossenen Erlenmeyerkolben nun umgedreht auf den ersten, sodass die Bierdeckel genau zwischen den Rändern beider Kolben eingeklemmt werden. 6. Beobachte und protokolliere die Bewegung des Wassers. 7. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Die Bierdeckel und die Pipette bitte in den Abfall geben und durch neue Materialien ersetzen. Seite 27

28 Beobachtung Erklärung Das Wasser des oberen Kolbens wird schnell vom Bierdeckel aufgesogen, dadurch entsteht im oberen Kolben ein Unterdruck. Dieser Unterdruck wird dadurch ausgeglichen, dass aus dem unteren Kolben Flüssigkeit über die Pipette in den oberen Zylinder strömt. Da aber nun ständig Wasser von der Oberfläche des Bierdeckels verdunstet, kommt dieser Vorgang auch nach Stunden noch nicht zum Erliegen. Die Blätter einer Pflanze erfüllen für den Wassertransport die gleiche Funktion wie der Bierdeckel in diesem Experiment. Durch die Verdunstung an den Blättern entsteht ein Unterdruck in den Wasserleitungsbahnen der Pflanze. Dieser Unterdruck wird Transpirationssog genannt. Der Transpirationssog saugt ständig Wasser aus den Wurzeln in die höheren Teile der Pflanze. Mit diesem Wasserstrom werden die lebensnotwendigen Mineralsalze aus dem Boden aufgenommen und in der Pflanze verteilt. Ein kleiner Teil des Wassers verdunstet nicht in den Blättern, sondern wird für das Wachstum der Pflanze gebraucht. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Der Transpirationssog entsteht durch die Verdunstung des Wassers an den Blättern. Der Transpirationssog saugt ständig Wasser aus den Blättern in die anderen Teile der Pflanze. Mit dem Wasserstrom, der durch den Transpirationssog entsteht, werden lebensnotwendige Mineralsalze aus dem Boden aufgenommen und in der Pflanze verteilt. Der größte Teil des Wassers verdunstet nicht in den Blättern, sondern wird für das Wachstum der Pflanze gebraucht. Die Blätter einer Pflanze erfüllen für den Wassertransport die gleiche Funktion wie der Bierdeckel in diesem Experiment. Wasser strömt in den oberen Kolben, weil ständig Wasser von der Oberfläche des Bierdeckels verdunstet und dadurch ein Überdruck im oberen Kolben entsteht. Es ist wichtig, dass die Pipette lückenlos in den Bierdeckel eingepasst wird. Beim diesem Experiment steigt Wasser durch die Pipette vom unteren Kolben in den oberen. Seite 28

29 Wasser Wasserteufel Dauer: 10 Minuten Fragestellung Eine Figur aus Glas (Wasserteufel), mit etwas Luft im Inneren, schwimmt in einer geschlossenen Flasche aus PET, die vollständig mit Wasser gefüllt ist. Was geschieht mit dem Wasserteufel, wenn die Flasche zusammengedrückt wird? Hypothese Material Wasser PET-Flasche Wasserteufel Durchführung 1. Stelle die Flasche vor dir auf den Tisch. 2. Drücke die Flasche mit beiden Händen kräftig zusammen. 3. Lass die Flasche anschließend wieder los. 4. Beobachtet und protokolliere, wie sich der Wasserteufel bewegt. 5. Kannst du den Wasserteufel in bestimmten Tiefen festhalten? 6. Kannst du den Wasserteufel schnelle Pirouetten drehen lassen? 7. Achtung: Die Flasche nicht öffnen! Seite 29

30 Beobachtung Erklärung Der Wasserteufel ist ein hohler Glaskörper, der im Normalfall mit Luft gefüllt ist und daher in Wasser schwimmt. Außerdem besitzt der Wasserteufel ein kleines Loch in einem seiner Füße. Im Experiment sinkt der Wasserteufel ab, weil durch das Zusammendrücken der Flasche ein Druck auf die Flüssigkeit in der Flasche ausgeübt wird. Da Flüssigkeiten jedoch kaum zusammengedrückt werden können, man sagt, Flüssigkeiten sind nicht kompressibel, wird durch den Druck nicht das Wasser, sondern die Luft im Inneren des Teufels zusammengedrückt. Der frei werdende Raum im Wasserteufel wird dann sofort durch einströmendes Wasser aufgefüllt. Es strömt durch das kleine Loch am Fuß ins Innere des Wasserteufels. Das Volumen der Luft im Teufel, das für den nötigen Auftrieb sorgt, nimmt aufgrund des einströmenden Wassers ab. Schließlich reicht der Auftrieb nicht mehr aus, um den Teufel an der Oberfläche zu halten, er sinkt nach unten. Der Wasserteufel heißt nach seinem Erfinder, dem Philosophen René Descartes, auch kartesischer Taucher. Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN SIND RICHTIG? Ein Wasserteufel schwimmt, weil er einen mit Luft gefüllten Hohlraum besitzt. Wenn die Flasche zusammengedrückt wird, überträgt sich der Druck auf den luftgefüllten Hohlraum im Wasserteufel. Der Wasserteufel entleert sich, wenn der Druck im Inneren des Tauchers größer als der Druck in der Flasche. Flüssigkeiten sind kompressibel. Wasserteufel werden nach dem Philosophen René Descartes, auch als kartesische Schwimmer bezeichnet. Gase sind kompressibel. Der Wasserteufel sinkt, wenn ein Teil seines Hohlraums mit Wasser gefüllt ist. Ohne ein kleines Loch im Fuß würde der Wasserteufel nicht funktionieren. Seite 30

31 Wasser Wasserberg Dauer: 45 Minuten Fragestellung Ein Standzylinder ist genau bis zum Rand mit Wasser gefüllt. Läuft das Wasser über, wenn man zusätzlich einige (wie viele?) Münzen hineinwirft? Hypothese Material Schale Standzylinder (schmal und ohne Tülle) Leitungswasser Geldstücke Pipette Pinzette Becherglas (250 ml) Gefäßrand Wasserspiegel Durchführung 1. Stelle einen Standzylinder in eine flache Schale. 2. Fülle den sauberen Standzylinder bis 1 cm unter den Rand mit Leitungswasser. 3. Fülle den Standzylinder mit einer Pipette vorsichtig soweit mit Wasser, dass der Wasserspiegel in der Mitte der Wasserfläche genau mit dem Rand abschließt (siehe Abbildung). 4. Beobachte ab jetzt von der Seite genau, was mit dem Wasserspiegel geschieht. 5. Gib in den Standzylinder mit der Pinzette vorsichtig so lange Geldstücke, bis das Wasser überläuft. Zähle die Geldstücke. 6. Am Ende müssen alle Geräte sorgfältig gereinigt, getrocknet und verpackt werden! Seite 31

32 Beobachtung Erklärung Überprüfe dein Wissen WELCHE AUSSAGEN ZUM EXPERIMENT WASSERBERG SIND RICHTIG? Alle Materialien, die mit dem Wasser in Berührung kommen, müssen frei von Spülmittel sein, weil Spülmittel die Oberflächenspannung verringert und sich dann kein Wasserberg bilden kann. Alle Materialien, die mit dem Wasser in Berührung kommen, müssen frei von Spülmittel sein, weil Spülmittel die Oberflächenspannung vergrößert und sich dann kein Wasserberg bilden kann. Das verwendete Wasser muss frei von Spülmittel sein, weil Spülmittel die Oberflächenspannung vergrößert und sich dann kein Wasserberg bilden kann. Das verwendete Wasser muss frei von Spülmittel sein, weil Spülmittel die Oberflächenspannung verringert und sich dann kein Wasserberg bilden kann. Seite 32