Durchstochener Wasserbeutel, der nicht tropft

Was das Kind lernt

• Dass das Plastik von Beuteln ein Polymer ist: lange, verknäulte Molekülketten, die sich dehnen, ohne zu reißen.
• Dass ein gedehntes elastisches Material das umschließt, was in ihm steckt, und so abdichtet (wie die Dichtungen im Wasserhahn).
• Dass es darauf ankommt, wie man etwas macht: Ein schneller Stich mit feiner Spitze macht ein sauberes Loch, ein langsamer reißt.
• Vorhersagen, zählen und notieren: wie viele Bleistifte der Beutel aushält und was passiert, wenn man einen herauszieht.

Vorher vorbereiten

• Spitze alle Bleistifte kurz vorher an (Spitzkegel von mindestens 15 mm).
• Drucke die Vorlage A bei 100 % aus.
• Prüfe, ob der Beutel dicht ist: Füll ihn, verschließ ihn und drück ihn über der Spüle leicht zusammen.
• Leg ein Tuch bereit und mach die Aktivität über der Spüle oder einer Wanne.

Materialien und Werkzeuge

• Gefrierbeutel mit Zipverschluss — 1 (und 1 als Ersatz)
  Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), 1 L, ≈ 18 × 20 cm, durchsichtig; weich anzufassen, knistert nicht
• Bleistifte — 7–12
  Ø 7 mm, rund oder sechseckig, mit langer, feiner, frisch gespitzter Spitze
• Wasser — ≈ 700 ml
  Leitungswasser; damit man es besser sieht, 2 Tropfen Lebensmittelfarbe
• Feiner Permanentmarker — 1
  zum Markieren der Punkte auf dem leeren Beutel

Werkzeuge

• Anspitzer — alle Bleistifte mit langer, feiner Spitze versehen
• Messbecher — das Wasser abmessen
• Spüle oder Wanne — darüber arbeiten und den Beutel am Ende ausleeren

Teile und Vorlagen

• A · Vorlage mit Einstichpunkten (Beutel 18 × 20 cm) ×1 — Papier

Schritt für Schritt

1. Spitze die Bleistifte

   Spitze 7–10 Bleistifte, bis sie eine lange, feine Spitze haben, mit einem Kegel von mindestens 15 mm. Prüfe, dass bei keinem die Mine abgebrochen ist.

   Prüfe: Berühre die Spitze vorsichtig: Sie muss pieksen wie eine dicke Stecknadel.

2. Markiere die Punkte

   Leg den leeren Beutel flach auf die Vorlage A, mit dem Verschluss oben, und pause die 10 nummerierten Punkte mit Permanentmarker auf die Vorderseite durch.

3. Füll den Beutel

   Miss etwa 700 ml Wasser ab (drei Viertel eines 1-L-Beutels) und gieß es in den Beutel; stell ihn dazu in einen Krug oder eine Schüssel, damit er aufrecht steht.

   Prüfe: Das Wasser muss über allen markierten Punkten stehen (Linie „Wasserstand“).

4. Verschließ ihn und lass die Luft heraus

   Schließ den Zip fast ganz, drück den Beutel sanft zusammen, damit die Luft durch den letzten Zentimeter entweicht, und schließ ihn dann ganz. Fahr zweimal mit den Fingern über den Verschluss.

   Prüfe: Halte den Beutel 3 Sekunden kopfüber über die Spüle: Er darf nicht tropfen.

5. Halte den Beutel über die Spüle

   Halte den Beutel mit einer Hand am Verschluss (oder lass ihn von einem Erwachsenen mit beiden Händen halten), hängend über der Spüle, die markierte Seite zu dir.

6. Stich den ersten Bleistift durch

   Setz die Bleistiftspitze auf Punkt 1 und drück ihn in einer einzigen schnellen, entschlossenen Bewegung gerade hindurch, bis er auf der Rückseite herauskommt. Lass den Bleistift mittig stecken, auf beiden Seiten gleich weit herausragend.

   Prüfe: Sieh dir beide Löcher an: Die Folie hat sich um den Bleistift gedehnt und tropft nicht (höchstens ein Tropfen am Anfang).
   Tipp: Wenn es an der Rückseite schwergeht, dreh den Bleistift beim Drücken ein wenig, wie eine Schraube.

7. Beweg ihn nicht

   Lass den Bleistift ruhig stecken. Dreh ihn nicht und zieh ihn nicht heraus: Wenn du ihn vor und zurück bewegst, vergrößerst du das Loch, und es kann anfangen zu tropfen.

8. Mach mit den anderen weiter

   Stich die Bleistifte der Reihe nach an den Punkten 2 bis 7 ein, jeden mit einer schnellen Bewegung. Zähl laut jeden Bleistift, der ohne Leck hineingeht.

   Prüfe: Mit 7 Bleistiften darf der Beutel nicht tropfen. Tropft ein Loch, sieh nach, ob der Bleistift schief steckt.

9. Stell einen Rekord auf

   Wenn du willst, mach mit den Punkten 8, 9 und 10 weiter: Alle liegen 3 cm (30 mm) oder mehr von den anderen entfernt. Notiere, wie viele Bleistifte der Beutel bis zum ersten Leck aushält. Für mehr als 10 nimm einen 3-L-Beutel und markiere neue Punkte, immer unterhalb des Wasserstands und 30 mm voneinander entfernt.

10. Zieh einen Bleistift heraus und leere aus

    Zieh über der Spüle einen Bleistift heraus und beobachte die zwei kleinen Wasserstrahlen. Öffne dann den Verschluss, leere den Beutel in die Spüle und zieh die übrigen Bleistifte heraus. Trockne sie mit einem Tuch ab.

Funktioniert es? Der Test

Stich in den zu drei Vierteln gefüllten 1-L-Beutel 7 gespitzte Bleistifte an den markierten Punkten ein und halte ihn 1 Minute über die Spüle.

Was passieren soll: Kein Loch tropft (höchstens mal ein einzelner Tropfen beim Einstechen). Ein 1-L-Gefrierbeutel hält meist 10–15 Bleistifte mit gutem Abstand aus. Zieht man einen heraus, kommen zwei feine Wasserstrahlen heraus.

Wenn etwas nicht klappt

• Der Beutel reißt beim Einstechen — Stumpfer Bleistift, zu langsamer Stich oder ein steifer, knisternder Plastikbeutel. Lösung: Spitze die Spitze lang an, stich mit einem Ruck und nimm einen weichen Gefrierbeutel (LDPE).
• Es tropft um einen Bleistift herum — Der Bleistift wurde bewegt oder steckt schief, oder das Loch liegt zu nah an einem anderen. Lösung: Fass ihn nicht mehr an. Halte beim nächsten mindestens 3 cm (30 mm) Abstand und stich gerade ein.
• Der Bleistift kommt auf der Rückseite nicht heraus — Die Rückseite weicht zurück (der Beutel gibt nach), statt sich durchstechen zu lassen. Lösung: Halte den Beutel am Verschluss straffer und dreh den Bleistift beim Drücken ein wenig.
• Es tropft am Verschluss — Der Zip ist nicht richtig zu, oder es ist noch Wasser darin. Lösung: Trockne den Verschluss mit Papier, schließ ihn erneut und fahr mit den Fingern darüber.
• Beim Einstechen weiter oben kommt Luft heraus oder Wasser spritzt — Du hast oberhalb des Wasserstands eingestochen: Dort ist Luft, die leichter durch das Loch kommt als Wasser, und wenn man den Beutel drückt, bläst sie heraus und reißt Tropfen mit. Lösung: Stich nur in der markierten Zone ein, unterhalb des Wasserstands.

Sicherheit

• Gespitzte Bleistifte stechen: Halte deine Hand nie hinter den Beutel an die Stelle, an der die Spitze herauskommt. Halte ihn immer am Verschluss.
• Mach die Aktivität über der Spüle oder einer Wanne und wisch den Boden trocken, wenn er nass wird (Rutschgefahr).
• Plastikbeutel sind kein Spielzeug: nie über den Kopf ziehen, und außer Reichweite von Kindern unter 3 Jahren aufbewahren.
• Beim Herausziehen können nasse Bleistifte splittern: Trockne sie ab und spitze sie neu.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Der Beutel ist aus Plastik, und Plastik ist innen wie ein Teller Spaghetti: Millionen superlanger Fäden, die ineinander verknäult sind. Wenn die Bleistiftspitze schnell hineinsticht, werden die Fäden nicht durchgeschnitten: Sie weichen aus und dehnen sich um den Bleistift. Weil sie elastisch sind, wollen sie zurück an ihren Platz und umarmen den Bleistift ganz fest, genau wie ein Haargummi. Diese Umarmung ist so eng, dass das Wasser keinen Weg nach draußen findet. Ziehst du den Bleistift heraus, bleibt das Loch offen, und das Wasser läuft heraus.

Für Erwachsene

Gefrierbeutel bestehen aus Polyethylen niedriger Dichte (LDPE): einem Polymer aus sehr langen –CH2–-Ketten (Tausende Einheiten) mit Verzweigungen, teilkristallin und bei Raumtemperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur, daher duktil: Es verträgt Bruchdehnungen von 300–600 %. Die kegelförmige Spitze bündelt die Kraft auf einen Punkt und sticht ein kleines Loch; während der Kegel vordringt, verformt sich die Folie ringsum radial (teils elastisch, teils plastisch) bis auf den Bleistiftdurchmesser, und der elastische Anteil hinterlässt einen gespannten Ring, der auf das Holz drückt: eine Presspassungsdichtung, genau wie ein O-Ring. Der zurückzuhaltende Wasserdruck ist gering (hydrostatischer Druck ρgh ≈ 1 kPa bei 10 cm Wasser), und die Oberflächenspannung verhindert, dass Wasser durch Mikrospalten von wenigen Mikrometern dringt. Ist der Stich langsam oder die Spitze stumpf, verteilt sich die Verformung auf eine große Fläche, die Folie wird bis an ihre Grenze gedehnt, und es entsteht ein Riss, der weiterläuft (Einreißen). HDPE-Folien (knisternde Beutel) sind kristalliner und steifer, mit geringerer Dehnung und stärkerer Neigung zum Einreißen. Wird der Bleistift herausgezogen, verhindert die plastische Verformung, dass sich das Loch schließt: Das Wasser läuft heraus.

• Polymer: Material aus sehr langen Molekülen, wie Ketten oder Spaghetti.
• Elastizität: Fähigkeit eines Materials, sich zu dehnen und wieder in seine Form zurückzukehren.
• Polyethylen: das Plastik der Beutel; eines der am häufigsten verwendeten Polymere.
• Dichtung: weiches Teil, das zwischen zwei Teilen presst, damit keine Flüssigkeit und kein Gas entweicht.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene hält den Beutel am Verschluss, und das Kind sticht die Bleistifte mit beiden Händen ein. Es soll laut zählen. Botschaft: „Das Plastik umarmt den Bleistift.“
• 8–10 Jahre: Sie machen es allein: Punkte markieren, füllen, einstechen und den Rekord notieren. Sie vergleichen zwei Beutelarten.
• 11–12 Jahre: Sie vergleichen Beutel, messen den Wasserdruck in verschiedenen Höhen (Strahlen beim Herausziehen oberer und unterer Bleistifte) und recherchieren, was LDPE und HDPE sind (Recycling-Codes 4 und 2).

In der Gruppe oder in der Klasse

Paare im Schulhof oder an Waschbecken/Wannen, ein Beutel und 8 Bleistifte pro Paar (die Bleistifte aus der Klasse gehen, gut gespitzt). Vorher: Bleistifte spitzen und einen Krug pro Tisch füllen. 20 min: Vorhersage (3), Einstechen (10), einen Bleistift herausziehen und ausleeren (5), Rekorde an der Tafel sammeln. Halte 5 Ersatzbeutel und Tücher bereit.

Challenges

• Brich den Rekord: Wie viele Bleistifte passen ohne Leck in einen 3-L-Beutel?
• Stich die Bleistifte so ein, dass der Beutel von allein hält, wenn die Bleistiftenden auf zwei Büchern aufliegen.
• Mach aus dem Beutel eine Dusche: Entscheide, wo du Bleistifte einstichst und herausziehst, um 3 gleiche Strahlen zu bekommen.
• Such zu Hause drei Dichtungen oder Stopfen, die wie die Folie um den Bleistift funktionieren, und erkläre, wie sie abdichten.

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