Anpassung an die Wasserströmung - Arbeitsblatt
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Methode
Jeder Versuch soll eine Frage beantworten. Die Antwort wird durch die Messergebnisse dokumentiert: in Tabellenform und als Schaubild oder Strichzeichnung. Dann wird das Ergebnis in einem Ergebnissatz zusammengefasst.
Material
Modelliermasse, zwei möglichst hohe durchsichtige Standzylinder (Höhe mind. 20cm, Durchmesser mind. 5cm, oder kleines Aquarium, gleiche Mindesthöhe), Stoppuhr mit 0,1 Sekundeneinteilung, Zahnstocher, Reißzwecken, schwarze Platte, Magnesia, Sieb, Messzylinder 25ml, Waage mit 0,1g Genauigkeit, Strömungspumpe, Schlauch dazu, Rinne, großes Stativ, Eimer, Balkenwaage, Küchenmesser, Holzkohle
Versuche
Versuch 1: Vergleich des Strömungswiderstandes verschiedener Medien
Vergleiche den Strömungswiderstand von Luft und Wasser. Lasse dazu einen Körper aus Modelliermasse in diesen beiden Medien fallen und miss jeweils die Fallgeschwindigkeit.
Beachte: Die Kraft, die durch die Erdanziehung auf den Körper wirkt, muss immer gleich groß sein!
Versuch 2: Vergleich des Strömungswiderstandes verschiedener Körperformen
Wiege gleiche Portionen von Modelliermasse ab und forme verschiedene Körper: eine Kugel, einen Zylinder usw. Miss dann jeweils die Fallgeschwindigkeit in Wasser und vergleiche. Alle Körper müssen den gleichen Abtrieb in Wasser haben!
Tipp: Wenn die Fallgeschwindigkeit klein ist, ist der Messfehler auch klein!
Versuch 3: Strömungswiderstand bei verschiedenen Temperaturen
Miss den Strömungswiderstand von Wasser bei verschiedenen Temperaturen. Miss dazu die Sinkgeschwindigkeit eines Körpers in Wasser verschiedener Temperatur, z.B. 5 und 30 °C.
Tipp: Wie bei Versuch 2!
Versuch 4: Dichte von wirbellosen Wasserorganismen wie Krebse oder Insektenlarven
Bestimme die Masse und das Volumen von möglichst vielen Individuen einer Art, die in Wasser untergeht. Miss die beiden Größen für alle Tiere gemeinsam, z.B. von Wasserassel, Flohkrebs. Du kannst einen Messzylinder und eine genaue Waage verwenden. Errechne daraus die Dichte.
Versuch 5: Wasserströmung in einer Rinne
Baue eine Rinne mit strömendem Wasser auf (Abb. 1). Du benötigst dazu eine Wasserpumpe.
Mache die Wasserströmung in einer Rinne sichtbar! Streue dafür Kreidestaub auf die Wasseroberfläche, wenn du eine dunkle Rinne hast. Verwende Kohlestaub in einer hellen Rinne.
Bringe auch Hindernisse an: verschiedene Formen in verschiedener Größe und verschiedener Ausrichtung usw. Protokolliere die Richtung und die Geschwindigkeit der Oberflächenströmung.
Tipp: Je langsamer die Strömung, desto besser lassen sich die Kreide-/Kohlekörnchen beobachten.
Wasserströmung in einer Rinne
Aufgaben zu den Versuchen
Aufgabe 1 zu Versuch 1: Vergleich des Strömungswiderstandes verschiedener Medien
Erkläre die Unterschiede zwischen den Strömungswiderständen der beiden Medien Luft und Wasser. Begründe mit den kleinsten Teilchen (Anordnung und Anziehungskräfte).
Aufgabe 2 zu Versuch 2:
Vergleich des Strömungswiderstandes verschiedener Körperformen
Zähle drei Wirbeltiere auf, die eine hydrodynamisch besonders günstige Form haben.
Auch viele wirbellose Tiere, die am Grund eines Baches leben, haben solch eine Form mit geringem Strömungswiderstand. Erkläre.
Aufgabe 3 zu Versuch 3: Strömungswiderstand bei verschiedenen Temperaturen
Erkläre die Abhängigkeit des Strömungswiderstandes von der Temperatur im Teilchenmodell.
Aufgabe 4 zu Versuch 4: Dichte von wirbellosen Wasserorganismen wie Krebse oder Insektenlarven
Suche in Büchern und im Internet nach Gruppen wirbelloser Tiere im Wasser, die eine geringere Dichte als Wasser aufweisen.
Tipp: Man findet sie unter wasserlebenden Insekten im Süßwasser.
Notiere ihre Namen und füge ein Foto einer Art innerhalb jeder Gruppe dazu, auf dem man sieht, dass die Tiere an der Oberfläche "hängen", wenn sie nicht aktiv schwimmen.
Es gibt nur sehr wenige Arten dieser Gruppen, die in Fließgewässern leben, die meisten leben in Stillgewässern. Zähle Gründe für diese Tatsache auf.
Aufgabe 5 zu Versuch 5: Wasserströmung in einer Rinne
Erstelle ein Schaubild: Abhängigkeit der Fließgeschwindigkeit in einer Rinne quer zur Strömungsrichtung von einem Rand der Rinne zum anderen. Begründe den Kurvenverlauf.
Versuche auch ein Schaubild zu erstellen, das die Abhängigkeit der Fließgeschwindigkeit ebenfalls quer zur Strömungsrichtung, aber von der Wasseroberfläche bis zum Grund eines Baches zeigt.
Viele wasserlebende Larven von Eintagsfliegen sind besonders flach gebaut. Erkläre diese Anpassung aus dem Ergebnis des Versuchs.
Aufgabe 6: Anwendung in der Technik
Zähle technische Geräte und Maschinen auf, bei denen der Strömungswiderstand eine Rolle spielt.