Das Ei, das die Flasche verschluckt

Was das Kind lernt

• Dass es Luft gibt, dass sie etwas wiegt und in alle Richtungen drückt (≈ 10 Tonnen pro Quadratmeter).
• Dass warme Luft sich ausdehnt und kalte sich zusammenzieht: Ändert sich die Temperatur, ändert sich der Druck.
• Dass das Ei nicht durch ein „Saugen“ von innen bewegt wird, sondern durch den stärkeren Druck der Luft von außen.
• Passende Materialien auszuwählen: Das Ei darf nur etwas breiter sein als die Öffnung.

Vorher vorbereiten

• Koche die Eier 10 Minuten ab dem Moment, in dem das Wasser kocht, kühle sie 5 Minuten in kaltem Wasser ab und schäle sie vorsichtig: Sie müssen ganz und glatt bleiben.
• Drucke die Messlehren A und B bei 100 % auf Fotokarton und schneide sie aus.
• Miss die Öffnung deiner Flaschen mit der Lehre A und nimm eine mit 30–38 mm.
• Schneide 3 Papierstreifen von 25 × 100 mm zu und falte sie im Zickzack in 1-cm-Abständen.
• Arbeite in der Spüle oder auf einem Metalltablett, ohne Papier oder Tücher in der Nähe.

Materialien und Werkzeuge

• Eier — 2–3 (zum Wiederholen)
  Größe M (53–63 g, Ø ≈ 42–44 mm) oder S bei enger Öffnung (≤ 32 mm)
• Glasflasche mit mittelgroßer Öffnung — 1
  0,5–1 L, Öffnung mit Innen-Ø 30–38 mm (Milchflasche, Saftflasche oder Smoothie-Flasche aus Glas)
• Druckerpapier — 2–3 Streifen 25 × 100 mm
  80 g/m², nicht laminiert
• Lange Streichhölzer — 1 Schachtel
  Kaminstreichhölzer (10 cm) oder Stabfeuerzeug
• Speiseöl — 1 Tropfen
  zum Einfetten der Flaschenöffnung
• Fotokarton — 1 A4-Blatt
  200 g/m², für die beiden Messlehren

Werkzeuge

• Topf und Herd — Eier 10 min kochen Erwachsene
• Lange Küchenzange — das brennende Papier halten und in die Flasche werfen Erwachsene
• Metalltablett oder Spüle — sichere Fläche für die Arbeit mit Feuer und Glas
• Schere und Lineal — Papierstreifen und Messlehren ausschneiden
• Stoppuhr (Handy) — messen, wie lange das Ei braucht, um hineinzurutschen

Teile und Vorlagen

• A · Keillehre zum Messen der Öffnung ×1 — Fotokarton 200 g/m²
• B · Lochlehre zum Messen des Eis ×1 — Fotokarton 200 g/m²
• C · Brennstreifen aus Papier ×3 — Druckerpapier 80 g/m²

Schritt für Schritt

1. Koche und schäle das Ei Erwachsene

   Lege das Ei in einen Topf mit kaltem Wasser, bring es zum Kochen und koche es 10 Minuten. Kühle es 5 Minuten in kaltem Wasser ab und schäle es vollständig, ohne Stücke vom Eiweiß abzureißen.

   Tipp: Ein paar Tage alte Eier lassen sich besser schälen als frisch gekaufte.

2. Miss die Flaschenöffnung

   Stecke die Lehre A hochkant in die Flaschenöffnung, bis sie beide Seiten berührt, und lies den Wert ab. Du brauchst eine Öffnung mit 30 bis 38 mm Innendurchmesser.

   Prüfe: Misst sie weniger als 30 mm oder mehr als 38 mm, such dir eine andere Flasche: Bei weniger passt das Ei nicht durch, bei mehr fällt es von allein hinein.

3. Miss das Ei

   Schiebe das Ei quer durch die Löcher der Lehre B. Notiere das kleinste Loch, durch das es passt: Das Ei misst so viel oder etwas weniger, aber mehr als das vorige Loch, durch das es nicht passt. Es muss 4 bis 10 mm größer sein als die Öffnung.

   Prüfe: Beispiel: Öffnung 35 mm und Ei 42 mm: perfekt.

4. Prüfe, dass es nicht von allein hineinfällt

   Mach das Ei mit Wasser nass und setze es mit der Spitze (dem schmalen Ende nach unten) auf die Flaschenöffnung. Es muss aufliegen, ohne hineinzufallen, und die ganze Öffnung verschließen.

   Prüfe: Fällt es von allein hinein, ist die Öffnung zu breit. Wackelt es und lässt eine Lücke, ist das Ei zu groß oder schlecht geschält.

5. Fette die Öffnung ein

   Nimm das Ei ab und streiche mit dem Finger einen Tropfen Öl um den inneren Rand der Flaschenöffnung. So dichtet das Ei besser ab und rutscht hinein, ohne zu zerbrechen.

6. Bereite den Papierstreifen vor

   Schneide einen Papierstreifen von 25 × 100 mm zu (Vorlage C) und falte ihn im Zickzack in 1-cm-Abständen. Leg das nasse Ei griffbereit neben die Flasche.

7. Zünde das Papier an und wirf es hinein Erwachsene

   Die Flasche steht auf dem Tablett. Der Erwachsene hält den Streifen mit einer langen Küchenzange, zündet ihn an einem Ende an und lässt ihn in die Flasche fallen, sobald er gut brennt (1–2 s).

8. Setze sofort das Ei auf

   Setze das Ei innerhalb von 3 Sekunden, solange das Papier noch brennt, mit der Spitze auf die Öffnung und lass los. Drück nicht nach.

   Tipp: Es ist normal, dass das Ei am Anfang ein wenig hüpft: Das ist die warme Luft, die an den Seiten entweicht.

9. Beobachte und stoppe die Zeit

   Stoppe die Zeit ab dem Aufsetzen des Eis. Die Flamme erlischt nach wenigen Sekunden, die Luft kühlt ab, und das Ei wird lang gezogen und rutscht plötzlich hinein, meist nach 3–10 Sekunden.

   Prüfe: Ist es nach 30 Sekunden nicht drin, sieh in der Problemtabelle nach und versuch es mit einem neuen Streifen.

10. Hol das Ei heraus Erwachsene

    Dreh die Flasche über der Spüle um und bewege sie, bis das Ei zur Schulter rutscht und mit dem schmalen Ende im Hals steckt und ihn verschließt. Lass 30–60 Sekunden heißes Leitungswasser (etwa 50 °C) über den Flaschenkörper laufen: Die Luft innen dehnt sich aus und drückt das Ei hinaus.

    Tipp: Andere Möglichkeit: Halte die Flasche kopfüber mit der Eispitze im Hals, puste seitlich am Ei vorbei kräftig hinein und nimm den Mund weg.

11. Räum auf

    Wirf das benutzte Ei in den Biomüll (es hatte Kontakt mit Asche: nicht essen). Spül die Flasche mit heißem Wasser und Seife, um Ruß und Öl zu entfernen.

Funktioniert es? Der Test

Mit einer Flasche mit 30–38 mm Öffnung und einem nassen Ei, das 4–10 mm breiter ist: Wirf den brennenden Streifen hinein und setze das Ei in weniger als 3 s auf.

Was passieren soll: Das Ei hüpft ein paarmal, kommt zur Ruhe, wird lang gezogen wie eine Sanduhr und fällt 3 bis 10 s nach dem Aufsetzen mit einem „Plopp“ hinein.

Wenn etwas nicht klappt

• Das Ei rutscht nicht hinein — Es wurde zu spät aufgesetzt (die Luft war schon abgekühlt), oder es gibt eine Lücke, durch die Luft hineinkommt. Lösung: Setze das Ei nass in weniger als 3 s auf und prüfe, dass es die ganze Öffnung verschließt. Fette die Öffnung mit Öl ein.
• Das Ei bleibt halb im Hals stecken — Das Ei ist zu groß für die Öffnung (mehr als 10 mm Unterschied). Lösung: Nimm ein kleineres Ei (Größe S) oder eine Flasche mit breiterer Öffnung. Zum Herausholen nimm das heiße Wasser.
• Das Ei rutscht hinein, zerbricht aber — Schlecht geschält (mit Rissen) oder nicht lange genug gekocht. Lösung: Koche es die vollen 10 Minuten und schäle es vorsichtig unter dem Wasserhahn.
• Das Papier geht sofort aus, wenn es hineinfällt — Es ist flach oder schon erloschen hineingefallen, oder der Streifen ist zu klein. Lösung: Warte, bis er gut brennt, bevor du ihn loslässt, und nimm den im Zickzack gefalteten Streifen.
• Das Ei fällt ohne Feuer von allein hinein — Die Öffnung ist zu breit. Lösung: Such eine Flasche mit engerer Öffnung (mit Lehre A messen) oder nimm ein größeres Ei.

Sicherheit

• Das Feuer übernimmt immer ein Erwachsener, mit langer Zange, auf einem Metalltablett oder in der Spüle, weit weg von Vorhängen und Papier. Lange Haare zusammenbinden.
• Halte dein Gesicht nicht über die Flaschenöffnung, solange das Papier brennt.
• Glas: Gieß kein kochendes Wasser hinein und halte die kalte Flasche nicht plötzlich unter sehr heißes Wasser; nimm warm-heißes Leitungswasser (≤ 50 °C). Hat die Flasche Risse oder Abplatzer, benutze sie nicht.
• Wenn die Flasche zerbricht, sammelt ein Erwachsener die Scherben mit Handschuhen und Besen auf.
• Iss das Ei aus dem Experiment nicht: Es war in Kontakt mit Asche und Ruß.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Luft sieht man nicht, aber sie drückt die ganze Zeit von allen Seiten, als wären wir am Boden eines Schwimmbeckens voller Luft. Wenn das Papier brennt, erwärmt es die Luft in der Flasche; warme Luft dehnt sich aus, und ein Teil entweicht. Dann verschließt du sie mit dem Ei, das Feuer geht aus, und die Luft innen kühlt ab und zieht sich zusammen: Innen ist die Luft jetzt „schwächer“ als außen. Die Luft draußen, die stärker drückt, presst das Ei nach innen, bis es in der Flasche ist. Die Flasche saugt das Ei nicht ein: Die Luft von außen schiebt es hinein!

Für Erwachsene

Die Atmosphäre übt auf alle Flächen ≈ 101 kPa aus. Das brennende Papier erwärmt die Luft in der Flasche, die sich ausdehnt (Gesetz von Charles, V ∝ T bei konstantem Druck), und ein Teil entweicht; das Hüpfen des Eis am Anfang ist dieses ausströmende Gas. Ist die Flasche verschlossen, ist der verfügbare Sauerstoff bald verbraucht und die Flamme erlischt; das eingeschlossene Gas kühlt am Glas ab, und bei konstantem Volumen sinkt sein Druck proportional zur absoluten Temperatur (Gesetz von Gay-Lussac). Sinkt die mittlere Lufttemperatur von ≈ 340 K auf 300 K, fällt der Innendruck um ≈ 12 %, etwa 12 kPa. Auf einer Öffnung mit Ø 35 mm (Fläche ≈ 9,6 cm²) ergibt das eine Nettokraft von ≈ 11 N, das Gewicht von etwas mehr als 1 kg – genug, um ein (elastisches) hart gekochtes Ei zu verformen und hineinzudrücken. Der O2-Verbrauch trägt kaum bei, weil bei der Verbrennung CO2 und Wasserdampf in vergleichbarer Menge entstehen; der kondensierende Dampf verstärkt den Unterdruck allerdings etwas. Zum Herausholen kehrt man den Vorgang um: Wird die Flasche mit dem Ei im Hals erwärmt, steigt der Innendruck und drückt es hinaus. Dasselbe Prinzip steckt in Saugnäpfen, Vakuumpumpen oder Dosen, die beim Abkühlen zerdrückt werden.

• Luftdruck: der Druck der uns umgebenden Luft auf alle Dinge.
• Ausdehnung: Größerwerden eines Gases (oder eines anderen Stoffs) beim Erwärmen.
• Zusammenziehen: Kleinerwerden beim Abkühlen.
• Teilvakuum: Raum mit weniger Luft (weniger Druck) als draußen.
• abdichten: ganz verschließen, damit keine Luft durchkommt.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene kocht, zündet an und wirft das Papier hinein. Das Kind macht das Ei nass, setzt es auf die Öffnung, wenn der Erwachsene „Jetzt!“ sagt, und zählt dann die Sekunden. Erklärung: „Die Luft von außen drückt.“
• 8–10 Jahre: Sie messen Öffnung und Ei mit den Lehren, bereiten die Streifen vor, setzen das Ei auf und stoppen die Zeit. Sie machen das Experiment mit heißem Wasser statt Feuer.
• 11–12 Jahre: Sie berechnen die Kraft der Luft auf die Öffnung (F = ΔP × Fläche) für verschiedene Temperaturen und vergleichen Flaschen. Sie erklären, warum das Herausholen mit heißem Wasser funktioniert.

In der Gruppe oder in der Klasse

Vorführung durch den Erwachsenen vor der Klasse mit Feuer, danach Stationen mit je 4 Kindern mit der Heißwasser-Version (sicherer): pro Station 1 gemessene Flasche, 2 geschälte Eier, Thermoskanne mit 50 °C warmem Wasser, Lehren A und B und Stoppuhr. 40 min: Vorhersage (5), Vorführung (5), Stationen (20), Besprechung (10). Koche die Eier am Vortag.

Challenges

• Bring das Ei nur mit heißem und kaltem Wasser, ohne Feuer, in weniger als 30 Sekunden hinein.
• Hol das Ei ganz heraus, ohne zu pusten oder es zu zerbrechen, nur mit heißem Wasser.
• Berechne, welche Kraft die Luft bei gleichem Druckunterschied auf eine doppelt so breite Öffnung ausüben würde.
• Zerdrücke eine leere Getränkedose mit etwas erhitztem Wasser darin, indem du sie in kaltes Wasser kippst (nur mit einem Erwachsenen und Zange).

Weitere kostenlose Projekte

• Büroklammer, die auf dem Wasser schwimmt
• Durchstochener Wasserbeutel, der nicht tropft
• Feuerfester Wasserballon
• Flaschentaucher
• Luftring-Kanone
• Riesenseifenblasen
• Seifenboot
• Spirale, die sich durch Wärme dreht
• Säule aus fünf Flüssigkeiten
• Trockenes Tuch unter Wasser
• Wasserfilter in Schichten
• Wasserwirbel zwischen zwei Flaschen
• Wolke im Glas

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