Dichte

Die Physik weiß die Hintergründe von Schwimmen und absinken. Begriffe wie Dichte, Wasserverdrängung , Masse und Volumen klären die Sachverhalte.

Liste der Versuche
1. Eier - U-Boot
2. Eintauchtiefe
3. Hand wiegen
4. Karthesischer Taucher
5. Aräometer
6. Sprudel
7. Schlieren

Das Eier - U - Boot

Geräte und Materialien
drei Hühnereier
breites 400 ml Becherglas
Kochsalz
Heizplatte (Dreibein, Brenner, Ceranplatte)
Thermometer
Dosierlöffel
Arbeitsanleitung
Nehmt einige Hühnereier und legt sie in ein Wasserglas.
Wenn sie frisch sind gehen sie unter, wenn sie alt sind tauchen sie auf.
Der Grund ist einfach:
Eier verdunsten immer etwas Feuchtigkeit aus ihrem inneren durch die Schale hindurch. Damit wird die Luftblase im Ei größer, denn die Eierschale kann ja nicht kleiner werden. Das Volumen bleibt, die Masse wird geringer.
Zeichne hier auf, wie die beiden Eier im Querschnitt aussehen müssen:

Abb. frisches Ei	Ei nach drei Wochen

Mit Salzwasser geht dieser Test nicht, bei genügendem Salzgehalt schwimmen alle Eier auf.
Probiere mit einem Ei, wieviel Salz du ins Wasser geben musst, damit es gerade im Wasser schwebt.
Nutze dazu den Dosierlöffel. Eine Löffelfüllung ist ein gestrichen voller Löffel, der mit einem Spatel abgestrichen wird. Entnimm also der Salzpackung einen schwach gehäuften Löffel und streiche ihn mit einem Lineal glatt ab. Wiege eine Füllung auf der oberschaligen Laborwaage.

Ermittel die Masse:
Eine Füllung: zwei Füllungen: drei Füllungen:
mittlere Füllmasse eines Dosierlöffels:
Gib nun Salz in das Becherglas mit dem noch nicht schwimmenden Ei.
Nach jeder Salzzugabe die Lösung vorsichtig umrühren.
Wieviele Füllungen des Dosierlöffels müssen zugesetzt werden, damit das Ei schwebt ?

Jetzt hast du ein Eier - U-Boot, schwebt es in jeder Position, oder ist die Masse im Ei nicht gleichverteilt?

Decke nun das Glas ab damit kein Wasser verdunstet. Und erwärme die Lösung mit dem schwebenden Ei langsam auf der Heizplatte.
Wird das Ei in dem wärmeren Wasser noch oben steigen oder nach unter fallen?

Schreibe Deine Beobachtung auf:
Welche Temperaturänderung ist nötig, um das Ei in Bewegung zu bekommen?

Temperatur zu Beginn des Versuchs:

Temperatur bei Beginn der Lageänderung:

Schaue dir das Gallilei - Thermometer an. Dort zeigen Schwimmkugeln mit kleinen Gewichten die aktuelle Temperatur an.

Zur Ergänzung :
Welche chemischen Stoffe sind bei diesem Versuch wichtig.

1. Luft
2. Glas
3. Eiweiß
4. Eigelb
5. Kochsalz
6. Plexiglas
7. Wasser

Versuch 2      Eintauchtiefe

Dass Holzschiffe schwimmen können ist klar, denn Holz ist leichter als Wasser. Aber warum können
Eisenschiffe schwimmen, obwohl Eisen etwa fünfmal schwerer als Wasser ist?
Wenn du mit dieser Frage theoretisch an das Problem herangehst, wirst du wahrscheinlich alle
Schiffe versenken.
Besser du versuchst es praktisch und merkst, was wichtig ist, damit ein Schiff schwimmt.

Geräte und Materialien

1000 ml Standzylinder
250 ml Zylinder ohne Fuß
Sand
Waage 50 g und Wiegeglas
Millimeterpapier
Trinkwasser, Seewasser

Arbeitsanleitung
Fülle etwa 50 Gramm Sand in den kleinen Messzylinder ohne Fuß.
Fülle Wasser in den großen Messzylinder.
Lasse den kleinen Zylinder im großen schwimmen und lies an der Kalibrierung seine Eintauchtiefe ab.
Fülle nun 50 Gramm Sand in den kleinen Zylinder, und lies wieder den Wasserstand ab.
Wiederhole die Messung mit insgesamt 100g und 150 g Sand in dem Zylinder.

Trage die Messwerte in das Diagramm (Millimeterpapier) ein.
Was für ein Ergebnis bekommst du?
Vergleiche die Marken mit den aufgedruckten Marken zur Volumenkennzeichnung.


Wiederhole diesen Versuch mit  gesättigter Salzwasserlösung  im großen Messzylinder.

Trage diese Werte mit anderer Farbe in dasselbe Diagramm ein.

Welchen Unterschied zum Trinkwasser ist zu beobachten?








Versuch 3               Hand wiegen

Geräte und Materialien

Waage 2 Kg
Becher 1 Liter
Schüssel
250 ml Standzylinder
Handtuch

Arbeitsanleitung
Lege deine Hand locker auf eine oberschalige Waage.
Wie schwer ist sie?
Wie schwer ist die andere Hand?
Schreibe die Werte für die linke und die rechte Hand auf.

Tauche dann deine Hand langsam in einen randvollen Becher mit Wasser. Fange das überlaufende
Wasser in der Schüssel auf.   Ermittele die Masse des übergelaufenen Wasser mit der Haushaltswaage.
Einfacher geht das auch mit dem 250 ml Messzylinder, den du ggf. zweimal füllen musst.
(Dichte vom Wasser ist etwa 1, also 100 ml sind 100 g)

Ergänze die Tabelle.
Wer hat des Gewicht seiner Hände am besten geschätzt?


 Handgewicht             direkt auf      Masse des  verdrängten     Unterschied
			      der Waage      	Wassers



linke Hand


rechte Hand








Versuch 4             Karthesischer Taucher

Geräte und Materialien

Standzylinder, 1,5 Ltr. PTE - Flasche
kleine Reagenzgläser
Orangenschale

Arbeitsanleitung
Fülle den großen Standzylinder randvoll mit Wasser.
Nimm ein kleines Reagenzglas und fülle es etwa halb voll.
Tauche es nun schnell mit der Oberseite nach unten in den großen Zylinder.
Wenn du es ideal gemacht hast, schwebt das kleine Glas im Wasser.
Durch Druck auf die Wasseroberfläche kann der Taucher nun absacken. Durch Sog oder ohne Druck
 steigt er wieder auf.

Mit einer Plastikflasche, die du von außen zusammendrücken kannst geht dieses Experiment auch.
 Sie muss randvoll mit Wasser gefüllt sein.
setze den Taucher ein und schraube zu.
Als Taucher geht auch ein kleines Stück Orangenschale.

Beschreibe, warum dieser Taucher funktioniert!


Geht dieser Versuch auch mit Blasentang?



Viele Fische haben eine Schwimmblase. Schwimmen sie dann bei Hochdruck Wetterlagen immer
unten am Grund und bei Tiefdruck immer oben im Wasser?







Versuch 5.                   Aräometer

Geräte und Materialien

1 - 1.1  Aräometer
Kochsalz
Dosierlöffel
Seewasser

Arbeitsanleitung

Probiere aus, wie ein  Aräometer funktioniert.
Solch ein Gerät heißt auch "Spindel", weil es zum Ablesen gedreht werden muss.
Fasse dazu die Spindel oben mit zwei Fingern an und gib ihr einen Schubs. Sie dreht sich dann
einige Zeit beim Schwimmen.
Warum ist dieses Drehen nötig?

Schütte Kochsalz mit dem Dosierlöffel in ein Glas und lies mit dem Aräometer die Dichte ab.
 Nutze die folgende Tabelle:


                                abgelesene Dichte

reines Wasser:

erster Löffel:

zweiter Löffel:

usw.





Bestimme mit dem Aräometer die Dichte von Seewasser.





Versuch 6          Sprudel

Geräte und Materialien

Luftpumpe (Aquarium) mit Sprudelstein
500 ml Standzylinder
Wasser

Arbeitsanleitung

Die Tragfähigkeit vom Wasser ändert sich dramatisch, wenn es sprudelt.
Boote, Taucher etc sacken schnell ab.

Bringe den Sprudelstein am Luftschlauch auf den Boden des 500 ml - Standzylinders.
Stelle die Aquariumpumpe an und fülle den Messzylinder während des Sprudelns bis 500 ml auf.
Stelle nun den Sprudler ab und lies den Wasserstand am Zylinder ab.

Welche mittlere Dichte hatte das sprudelnde Wasser?

Wie geht der schnelle Rechenweg?









Versuch 7                           Schlieren

Geräte und Materialien

Gesättigte Kochsalzlösung,    Tinte
4 Bechergläser 100 ml
Dreibein, Brenner, Ceranplatte
Becherglas 1 Liter weit
Kaliumpermanganat fest

Arbeitsanleitung
Stelle dir eine gesättigte Kochsalzlösung her.
Färbe sie mit blauer Tinte ein.


Fülle ein Glas halb mit normalem Wasser voll und gieße vorsichtig am Rand ein Teil der blauen
Salzlösung in das Glas.


Nimm ein anderes Glas und fülle etwas der gefärbten Salzlösung hinein. Gieße nun vorsichtig
am Rand ungefärbtes Trinkwasser dazu.


Was beobachtest du?



Bilden sich Schlieren?


Geht das Unterschichten oder das Überschichten einfacher?


Nimm nun das große Becherglas, halb mit Wasser gefüllt.
Stelle es auf die Ceranplatte und gib vorsichtig am Rand ein Körnchen Kaliumpermanganat in das
Wasser. Es muss am Rande liegen bleiben.
An dieser Stelle, also am Rand des Glases erwärme nun leicht mit dem Gasbrenner.

Es bildet sich eine Wasserströmung, die mit den gefärbten Schlieren gut zu erkennen ist.

So funktioniert auch die Strömung der Wassermassen in den Ozeanen und der Transport der Wärme
zum Beispiel im Golfstrom.
Schaue dir die entsprechenden Landkarten im Weltatlas an.




Querverbindungen,
Zusammenhänge,
Zusatzinformationen



1. Schwimmen und Wasserverdrängung bei Seeschiffen


2. Schwimmblase der Fische, Unterschied zur Makrele


3. Unterschichtungen im Flußmündungsbereich (Ästuare)


4. Meeresströmungen, Golfstrom





Fallstudien
aus den Zeitschriften oder aus dem Alltag




1. Schwimmen im Wasser mit Gasblasen --- Unfälle ??


2. Schwimmen im Tote Meer


3. Fischen mit Sprengstoff

4. Salzwasser in der Zuwässerung der Küsten - Wasserverbände


5. Wasserschichten in den Jahreszeiten im Standgewässer
 ( Limniensysteme)







Fragen

1.  Welche Dichte hat Speiseeis.
Was wiegt ein Liter Vanille-Speiseeis?

2.  Was bedeutet BRT in der Schifffahrt

3.  Ein Fluß mit Abwässern mündet in die Nordsee. Werden die Abwässer sich am Wattboden oder an
der Oberfläche verteilen?

4.  Wenn ein Walfisch strandet, wird er von seinem eigenen Gewicht zerdrückt. Wie kann das gehen?

5.  Liegt ein Schiff bei Ebbe tiefer im Wasser als bei Flut?

6.  Würde Holz auch in reinem Alkohol (Spiritus) schwimmen?

7.  Ist die physikalische Dicht über die Masse oder die Gewichtskraft pro Volumen definiert?

8.  Was ist das schwerste Material (mit der höchsten Dichte), und gibt es ein leichtestes?


9. Die Dichte eines Stoffes ist Temperaturabhängig. Welche Techniken nutzen dieses Phänomen?:
Quecksilberthermometer, Heißluftballon, Fahrradpumpe?

10. Steigt die Dichte eines Stoffe immer mit der sinkenden Temperatur?
Informiere dich über die Verhältnisse bei gefrierendem Wasser.





Antworten