Schwimmen und Sinken

Transkript

1 Schwimmen und Sinken Schule: VS Himberg Schulstufe: 4. Klasse Schüleranzahl einer Klasse: ca. 20 Kinder Material: Wannen mit Wasser (Glas; durchsichtig) Wasserbomben Kleine Steine oder Sand Plastilin Watte Tetrapack Steine oder andere kleine Gegenstände Plakatpapier Vorbereitungen Vor Beginn dieser Unterrichtseinheit sind folgende Vorbereitungen notwendig: In der Klasse bzw. in dem Raum, in dem experimentiert wird, werden 4 Tischgruppen bereitgestellt. Auf einem weiterem Tisch bzw. Lehrertisch wird das erste Experiment aufgestellt. Es wird also eine Wanne Wasser vorbereitet und drei Wasserbomben, die unterschiedlich befüllt werden, werden neben die Wanne gelegt. Die Wasserbomben werden folgendermaßen gefüllt: einmal mit Luft einmal mit Wasser, möglichst ohne eine Restmenge Luft einmal mit ein paar kleinen Steinchen oder Sand und anschließend mit Wasser (Es wäre schön, wenn alle Wasserbomben anschließend eine vergleichbare Größe haben. Nacheinander werden die Wasserbomben in die Wasserschüssel getaucht. Auf jede der vier Tischgruppen sollte auch schon eine Wanne Wasser bereitstehen. Weiters müssen vor der Unterrichtseinheit Plastilinkugeln geformt werden (4 Stück) Zwei dieser vier Plastilinkugeln bleiben hohl (Watte eignet sich gut, um diese Kugeln zu füllen und so das Plastilin zu einer Kugel formen zu können)

2 Einstieg Was wird benötigt? 3 Wasserbomben (plus ein paar als Ersatz) Wasseranschluss, mit dem Wasserbomben gefüllt werden können kleinste Steine (z. B. Aquarienkies) oder Sand Glas- oder Plastikschüssel, mit Wasser gefüllt Wie gehen wir vor? (passiert vor der UE von der LK) Alle drei Wasserbomben werden gefüllt: einmal mit Luft (hier: rot) einmal mit Wasser, möglichst ohne eine Restmenge Luft (hier: grün) einmal mit ein paar kleinen Steinchen oder Sand und anschließend mit Wasser (hier: orange) Es wäre schön, wenn alle Wasserbomben anschließend eine vergleichbare Größe haben. Nacheinander werden die Wasserbomben in die Wasserschüssel getaucht. Ohne lange Einleitung erweckt die Lehrkraft die Neugierde der Kinder mit folgendem Experiment. Die Vorbereitungen werden bereits im Vorhinein getroffen. Die Kinder sehen nun eine Wanne mit Wasser auf dem Tisch stehen, daneben liegen drei Wasserbomben, die unterschiedlich befüllt sind. Die Wasserbomben werden von der Lehrkraft in die Wanne Wasser gegeben. Die Kinder sollen ihre Beobachtungen schildern und darüber nachdenken, was der Grund dafür sein könnte, dass die einen Wasserbomben schwimmen und die andere sinkt. Was beobachten wir? Die mit Luft gefüllte Wasserbombe schwimmt auf dem Wasser. Dabei taucht sie nahezu nicht ins Wasser ein. Wird sie hinuntergedrückt, springt sie sofort wieder hoch. Die orangene Wasserbombe sinkt dagegen sofort zu Boden. Die grüne Wasserbombe sinkt erst auch, steigt dann aber wieder auf. Wenn es gelungen ist, jegliche Luft aus dem Ballon zu verbannen, taucht die grüne Wasserbombe sicher nicht auf. Erklärung (nur für Sie als Lehrperson!) Dichte ist noch kein Thema in der Volksschule! Die rote Wasserbombe hat eine geringere Dichte als Wasser und schwimmt. Die Dichte ist so gering, dass sie es fast nicht schafft, Wasser zu verdrängen. Die grüne Wasserbombe hat nahezu eine vergleichbare Dichte wie Wasser, weil sie mit Wasser gefüllt ist. Das Gummi der Wasserbombe verringert die Dichte minimal, fällt aber kaum ins Gewicht. Das könnte durch die Zugabe von 3-4 Sandkörnern aber auch ausgeglichen werden. Man kann es auch so erklären: Die Auftriebskraft des Wassers gleicht die Erdanziehungskraft aus. Die Steine in der orangen Wasserbombe erhöhen die Dichte so, dass die Wasserbombe die höchste Dichte aufweist und sinkt.

3 Einteilung der Gruppen Die Kinder werden anschließend in 4 Gruppen eingeteilt. Zwei Gruppen zu je ca. 5 Kinder führen den Versuch A durch. Die zwei anderen Gruppen führen den Versuch B durch. Jede Gruppe arbeitet aber für sich. Die Einteilung erfolgt durch das Ziehen von Kärtchen aus einem Hut (5 Plastilin Kärtchen Gruppe 1; 5 Plastilin Kärtchen Gruppe 2; 5 Schiff- Kärtchen Gruppe 1; 5 Schiff- Kärtchen Gruppe 2) Gruppenarbeit Gruppe A1 Gruppe A2 Gruppe B1 Gruppe B2 Jede Gruppe findet sich auf einer Tischgruppe zusammen. Gruppe A1 Gruppe B1 Gruppe A2 Gruppe B2

4 Versuch A Die Lehrkraft zeigt den Kindern zunächst folgendes vor: Sie wirft in die Wanne Wasser zwei Plastilinkugeln, die im Vorhinein schon bereitgelegt wurden. Die Kinder werden erkennen, dass eine Plastilinkugel schwimmt und die andere sinkt. Die Kinder werden nun aufgefordert durch eigenes Formen von Plastilin dies zu erreichen. Sie finden Plastilin und Watte neben der Wanne vor. Im Anschluss können die Kinder auch ein Plastilinboot formen und die Form einer Kugel mit der eines Bootes vergleichen. Plastillinkugel und Plastillinboot Mit den Kindern werden zwei gleich große Knetkugeln geformt. Wenn alle Kinder der Meinung sind, dass die Kugeln gleich groß und mithin ebenso schwer sind, dann formen die Lehrperson oder auch die Kinder aus einer Kugel ein Boot. Man kann auch eine Waage verwenden. Die Kugel und das Boot geben die Kinder gleichzeitig ins Wasser. Die Kinder ahnen schon, was passiert: Die Knetkugel geht unter, das Knetboot schwimmt auf dem Wasser. Hier zeigt sich erneut sehr schön, dass das Gewicht offensichtlich nicht die Ursache für Schwimmen und Sinken sein kann. Was ist hier passiert? Plastillin hat eine höhere Dichte als Wasser und geht deswegen als kompakte Knetkugel unter. Warum geht das Boot nicht unter? Das Gewicht ist doch gleich! Aber die Form ist unterschiedlich! Misst man die Wasserverdrängung, dann wird deutlich, dass das Boot deutlich mehr Wasser verdrängt als die gleiche schwere Plastillinkugel. Wenn die Kinder das Knetboot dann schrittweise mit Wasser füllen, dann wird die leichte Luft verdrängt und das Knetboot sinkt immer weiter ein, verdrängt auch immer mehr Wasser und geht schließlich unter.

5 Versuch B Die Kinder werden gebeten aus Tetrapack zwei Schiffe zu schneiden. Anschließend wir eines dieser Schiffe in die Wanne Wasser gelegt. Das zweite auch, nur wird dieses nach und nach mit Steinen gefüllt. Die Kinder beobachten was passiert. Eintauchtiefe von Schiffen Wie viele Steine passen ins Boot, bis das Schiff sinkt? Als Boot kann z. B. ein 1L-Getränkekarton, von dem die obere Hälfte abgeschnitten wird, verwendet werden. Das leere Boot schwimmt gut auf dem Wasser. Es sinkt kaum ins Wasser! Ändert sich die Eintauchtiefe, wenn die Bootsladung zunimmt? Als Bootsladung kann man z. B. Steinchen verwenden. Stein um Stein wird von den Kindern ins Boot gelegt. Nach und nach sinkt das Boot immer tiefer ins Wasser. Es wird gemessen, wie sich der Wasserstand ändert und immer mehr Wasser verdrängt wird. Mit jedem Stein steigt die Gewichtskraft/Erdanziehungskraft des Bootes, d.h. das Boot wird schwerer. Irgendwann war die Gewichtskraft der Steine so groß, dass das Boot kentert und auf den Grund des Beckens sinkt.

6 Plakat gestalten Jede Gruppe bekommt nach den Experimenten ein kleines Plakat und die Kinder notieren ihre Beobachtungen. Sie können auch das Experiment aufmalen. Expertengruppe Gruppe A1 + Gruppe B1 Gruppe A2 + Gruppe B2 Es werden nun die Tischgruppen zusammengelegt. Gruppe A1 und B1 finden sich zusammen und stellen ihre Tische aneinander und Gruppe A2 und B 2 finden sich zusammen. Gruppe A1 Gruppe B1 Gruppe A2 Gruppe B2 Die Kinder führen sich gegenseitig ihre Experimente vor und präsentieren ihr Plakat.

7 Gesamtgruppe Die Lehrkraft zieht nach den Gruppenarbeiten die Aufmerksamkeit wieder auf sich. Es wird nun in der Gesamtgruppe geklärt, welche Schlüsse die Kinder aus den Experimenten ziehen. Die Kinder sollen folgendes verstehen bzw. zu folgendem Entschluss kommen: Es schwimmt etwas, wenn etwas leichter ist als das was es verdrängt Zum Abschluss sagt die Lehrkraft: Mit diesem Wissen könnt ihr mir auch sicher sagen, was passiert wenn ich einen Schokoladen Nikolaus und eine Tafel Schokolade, die dasselbe Gewicht haben, in eine Schüssel Wasser tue? Es wird folgendes durchgeführt und anschließend wird die Schokolade auf die Kinder aufgeteilt. Ein Nikolaus aus Schokolade wird gewogen. Von einer Tafel Schokolade wird so viel Gewicht weggenommen, dass Nikolaus und Schokolade das gleiche Gewicht haben. Jetzt die Frage: Schwimmt Schokolade im Wasser? Welche Schokolade schwimmt ggf. eher? Erfahrene Kinder werden sicher gleich richtig vermuten. Am besten ist, es sofort auszuprobieren: Der Nikolaus schwimmt, die Schokolade geht unter. Reine Schokolade ist dichter als Wasser und geht deshalb unter. Beim Nikolaus ist aber zur Schokolade Luft dazugekommen - vergleichbar mit einem Boot. Die Luft im Innern des Nikolaus sorgt dafür, dass der Nikolaus nicht sinkt. Wenn man die Schokolade übrigens schön abtrocknet, schmeckt sie auch nach dem Wasserbad bestens.