Schwimmen oder Sinken - alles eine Frage der Dichte.
Viele dieser Experimente kannst Du leicht selbst Zuhause ausprobieren. Die entsprechenden Gegenstände hast Du vielleicht Zuhause oder lassen sich leicht beschaffen. Statt eines Aquariums tut es notfalls auch ein mit Wasser gefüllter Eimer.
1. Massive Festkörper in Wasser
Die folgenden Angaben beziehen sich auf massive, aber nicht zwingend homogene, Festkörper, explizit nicht auf Hohlkörper.
1.1 Verschiedene Kugeln im Aquarium.
Auf diesem Foto erkennt man drei gleich große, massive Kugeln aus unterschiedlichen Materialien.
Ist die Dichte eines Stoffes größer als die Dichte von Wasser (1 g / cm3), dann sinkt der Körper ab. Ist die Dichte des Stoffes kleiner als 1 g / cm3, dann schwimmt der Körper. |
Die Dichte bestimmt, ob ein Körper schwimmt oder sinkt. |
Die silberfarbene Stahlkugel sinkt ab, denn Stahl hat eine größere Dichte als Wasser (etwa 7,8 g / cm3) |
1.2 Knete ist nicht gleich Knete
Im Bild erkennst Du zwei Knetmasseklumpen, die in ein Wasserbecken geworfen wurden. Während die meiste Knetmasse (Plastillin) in Wasser absinkt, schwimmt die "Play-Doh"-Knete obenauf.
Ist sie (wie bei Play-Doh) kleiner als 1 g / cm3 - und damit kleiner als die Dichte von Wasser - schwimmt die Knete. Ist die Dichte einer Knetmasse größer als 1 g / cm3, dann sinkt sie ab. |
Knete ist nicht gleich Knete |
Mehr dazu erfährt man auch auf dieser Seite auf dem Landesbildungsserver.
Dass es nicht auf die Größe eines Körpers sondern auf seine Dichte ankommt, kennst Du vielleicht auch noch in einem anderen Zusammenhang:
ein riesiger Baumstamm (oder auch ein Floß) schwimmt im Wasser, während ein ins Wasser geworfener kleiner Kieselstein sofort absinkt!
1.3 "Schwimmen" im Salzwasser - ein Sonderfall.
Fast wie im Toten Meer: schwimmen ohne Bewegung |
Der menschliche Körper besteht zu etwa 60 - 70 % aus Wasser. Wegen der anderen Bestandteile ist aber die Dichte unseres Körpers etwas größer als die Dichte von Wasser. Etwas anders ist es, wenn wir im Salzwasser sind. Salzwasser hat ebenfalls eine Dichte, die etwas größer als 1 g / cm3 ist. |
Aber auch schon bei einem geringerem Salzgehalt als 30 % kann das gelingen. Das Foto entstand in den königlichen Kristallthermen in Schwangau (nahe Füssen). Dort gibt es ein Außenbecken, das einen Salzgehalt von 12 % hat. Dies genügt bereits, dass man sich auch ohne Schwimmbewegungen einfach ins Wasser legen kann, ohne abzusinken!
Ein ähnliches Becken gibt es auch in der Frankentherme in Bad Windsheim (nicht weit von Rothenburg ob der Tauber). Außerdem gibt es dort Europas größten, ganzjährig beheizten Salzsee mit einem Salzgehalt von 26,9 %. Das kommt dem Toten Meer schon ziemlich nahe.
1.4 Ist das Ei noch frisch?
Woran kann man erkennen, ob ein Ei genießbar und frisch ist, oder alt und gar verdorben?
Das kann man einem Ei von außen kaum ansehen und wenn man es dann gegessen hat, ist es zu spät!
Wie kann man also schon vorher feststellen, ob das Ei genießbar ist?
Auch andere organische Strukturen - wie z.B. Eier - haben eine ähnliche Dichte wie wir Menschen
- etwas mehr als 1 g / cm3.
Die Dichte eines Eis verändert sich aber im Laufe der Zeit.
Dies macht man sich in folgendem Test zu Nutze, den schon unsere Großmütter kannten: man legt das Ei in ein Glas mit Wasser:
Wenn man ein Ei lagert, dann verdunstet Wasser durch die poröse Eischale. Die Luftblase im Ei wird dabei größer.
Wird das Ei noch älter, nehmen seine Masse und seine Dichte noch weiter ab.
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Dieses Ei ist frisch. |
2 Flüssigkeiten und Flüssigkeiten.
2.1 Öl schwimmt auf Wasser
Öle haben eine Dichte von etwa 0,8 bis 0,9 g / cm3- also weniger als Wasser. Im Bild: |
Dies ist kein Hausversuch: Chlorierte Kohlenwasserstoffe (also auch Tetrachlorethen) sind nicht unproblematisch. Sie sind gesundheitsschädlich, möglicherweise bei längerem Kontakt krebserregend und dürfen nicht über das Abwasser entsorgt werden. Es wurde hier nur wegen des Fotos benutzt und anschließend ordnungsgemäß entsorgt. |
2.2 Cola oder Cola-Light?
Die meisten Erfrischungsgetränke haben einen sehr hohen Zuckeranteil. Dadurch haben sie auch eine größere Dichte als Wasser. Legt man also eine Dose mit Cola ins Wasser, so wird sie absinken. Weil Zucker dick macht, greifen ernährungsbewusste Menschen dann oft zur "light" Version des gleichen Getränks. Bei dieser ist der Zucker durch Süßstoff ersetzt. Daher ist bei diesen Getränken die Dichte geringer. |
Die Cola-Dose sinkt, die Cola-Light-Dose schwimmt. |
Das Volumen der Dosen und die Masse der Aluminiumdose ist bei beiden Dosen gleich und spielt daher keine Rolle.
Da die rechte Dose fast komplett ins Wasser eintaucht, ist die Dichte von Cola-Light nur unwesentlich kleiner als die Dichte von Wasser.
Diese Tatsache kann man sich für den folgenden Trick zu Nutzen machen:
2.3 Partigag und Überraschung im Selbstbedienungsrestaurant.
Lustig: "Spezi" einmal getrennt |
Sieht der Inhalt dieses Trinkglases nicht lustig aus? Füllt man in umgekehrter Reihenfolge ein - also zuerst Cola-Light und dann Fanta - dann klappt der Trick nicht. Die Flüssigkeiten durchmischen sich sofort. Auch bei "richtiger" Reihenfolge muss der Trick nicht immer gelingen: |
Wenn Du noch weitere lustige / verblüffende Experimente zu Sinken und Schwimmen kennst, nehmen wir diese gerne auf. Schreibe einfach an die Fachgruppe Physik (E-Mail-Adresse in der Fußleiste). |
Fotos: Rebekka Grüninger,
Klaus-Dieter Grüninger, Landesbildungsserver