Ein Bericht von Dr. Jean-Loup Ringot

In dieser Werkstatt wollen wir durch Experimente die physikalischen Regeln verstehen, die die Schwimmfähigkeiten von unterschiedlichen Materialien ermöglichen.

1-Fühlen…
Wie fühlt sich ein Objekt im Wasser im Vergleich zur „normalen“ Lage in der Luft an?

Man nehme einen an einem Seil befestigten Stein, und mit geschlossenen Augen lässt das Kind den Stein langsam in den Eimer absinken und ohne hinzusehen soll es sagen, wann der Stein sich vollständig im Wasser befindet. Das klappt problemlos. Das Gleiche geht auch anders herum, wenn der Stein aus dem Wasser heraus genommen wird. Wieso? „Wenn der Stein im Wasser ist, fühlt er sich leichter an“ ist die Antwort, die die Kinder geben.

Was ist hier passiert? Der Stein ist immer derselbe, nichts ist entfernt worden, wie kann er leichter erscheinen?

2-Messen…
Wir wollen mehr über diese unsichtbare Kraft wissen, woher kommt sie, wie groß ist sie. Wir benutzen dazu zwei gleich große Würfel, einen aus Stahl, einen aus Holz:

– Welcher schwimmt und welcher wird sinken?
– wie erwartet: der Würfel aus Stahl sinkt und der aus Holz schwimmt!
– Gut aber wieso?
– “Der aus Stahl ist schwerer!” wissen die Kinder
Wir wiegen die beide Würfel und tatsächlich der Würfel aus stahl ist schwerer.

Na gut dann nehmen wir einen Würfel aus Fichtenholz, der ein wenig schwerer ist als der aus Stahl.
– “Welcher wird schwimmen?”
– “Der aus Holz!”
– “Wieso, er ist aber schwerer als der aus Stahl!”
– “Ja, er ist aber größer.”
– “Was ist denn nun wichtig, die Größe oder das Gewicht?”
– “Vielleicht beide?”
Wir wollen weiter forschen; wir betrachten acht Würfel von 3 cm Kantenlänge aus

Fichtenholz
Tropenholz
Speckstein
Sandstein
Marmor
Ziegelstein
Edelstahl
Blei.

Ein Kind versucht ohne Waage, die Würfel in der Reinfolge des Gewichtes einzuordnen, was ziemlich gut funktioniert.
Dann werden die Würfel gewogen (und dabei das Gewicht Gt für “gewicht trocken“ ermittelt) und dann ihr Gewicht, wenn sie in Wasser getaucht sind (Gewicht Gn „Gewicht nass“).
Wir stellen fest, dass der Unterschied immer um 27 g liegt d.h. die Würfel sind im Wasser 27g leichter als in der Luft.
Wieso immer 27 g.? Woher kommen diese 27 g?

Wie groß sind die Würfel? 3x3x3 cm ergibt 27 cm³, komisch, wieder diese Zahl 27!
Wir kommen auf die Idee 27 cm³ Wasser zu wiegen; wieder 27 g.!
Hier haben wir die Lösung, der Gewichtverlust und die Kraft nach oben entspricht dem Gewicht des verdrängten Wassers und ist unabhängig vom Material.

Wir wollen aber bestimmen wie wir voraussagen könnten, ob einen Objekt schwimmt oder nicht. Was ist schwerer als Wasser, was nicht und um wie viel ist es schwerer.
Durch Teilen des Gewichts durch das Gewicht der gleichen Menge Wasser errechnen wir ein Wert, der typisch für das jeweilige Material ist. Wir nennen diesen Wert Dichte!

Was eine Dichte unter 1 hat schwimmt, was eine Dicht größer als 1 hat, sinkt. Wasser hat natürlich eine Dichte von 1.

Woher kommt diese Kraft? Gibt es eine einfachere Methode um diesen Auftrieb zu kennen?
Newton hat das Gesetzt von Aktion und Reaktion formuliert; wo eine Aktion ist muss es auch eine Reaktion geben.
Können wir diese Reaktion einfach messen?
Wir stellen ein Glas voll Wasser auf die Wage und stelle sie auf „Null“, dann tauchen wir einen unseren Würfel ins Wasser ohne dass er den Boden berührt. Die Wage zeigt „27g“!

So können wir das Volumen unregelmäßig geformter Objekte messen. So haben wir gemessen, dass ein Ei ca. 65 cm³ groß ist.

Dieses Gesetzt hat der Regisseur vom Kinofilm “Fluch der Karibik” ignoriert, als er Jack Sparrow und seinen Kumpel in einem umgedrehten Kahn auf dem Meeresboden laufen lässt…