Rosinen, die auf- und absteigen

Was das Kind lernt

• Dass ein Gegenstand schwimmt oder sinkt, je nachdem, wie seine Dichte im Vergleich zur Flüssigkeit ist.
• Dass das in der Limonade gelöste Gas (CO₂) an rauen Oberflächen Bläschen bildet und entweicht.
• Dass Bläschen, die an einem Gegenstand haften, fast ohne Gewicht Volumen hinzufügen und ihn schwimmen lassen – wie eine Schwimmweste.
• Einen sich wiederholenden Kreislauf zu beobachten, ihn zu zählen und zu sehen, wie er langsamer wird, wenn das Gas ausgeht.

Vorher vorbereiten

• Stell die Limonade mindestens 1 Stunde vorher in den Kühlschrank und schüttle sie nicht.
• Spül das Glas und spül es sehr gründlich mit klarem Wasser nach; lass es abtropfen.
• Drucke Skala A aus und kleb sie mit Klebeband außen ans Glas, mit der 0 auf Höhe des inneren Bodens.
• Leg 6 Rosinen bereit, die nicht aneinanderkleben.

Materialien und Werkzeuge

• Klare Limonade — 1 ungeöffnete Flasche mit 0,5–1,5 L kaufen
  klare Zitronenlimonade oder Zitrone-Limette-Limo; kalt aus dem Kühlschrank (4–8 °C)
• Rosinen — 6–10 + ein paar als Reserve kaufen
  mittelgroße Rosinen (≈ 1–1,5 cm), schrumpelig; jede Sorte
• Hohes durchsichtiges Glas — 1 (oder 2 zum Vergleichen)
  aus glattem Glas, 300–350 ml, ≥ 12 cm hoch; sauber und ohne Spülmittel ausgespült
• Körner zum Vergleichen — je ein Teelöffel
  roher Reis, auf 1 cm gebrochene Fadennudeln, geschälte Erdnüsse
• Tablett oder tiefer Teller — 1
  unter dem Glas, falls der Schaum überläuft

Werkzeuge

• Stoppuhr (Handy) — messen, wie lange der Tanz dauert, und Fahrten zählen
• Löffel — Rosinen hineingeben und herausholen
• Glasstift oder Malerkrepp — die Dreiviertel-Füllhöhe am Glas markieren

Teile und Vorlagen

• A · Messskala für das Glas ×1 — Papier

Schritt für Schritt

1. Glas vorbereiten

   Stell das saubere Glas auf ein Tablett. Kleb Skala A mit Klebeband außen an, mit der 0 auf Höhe des inneren Bodens, und markiere die Dreiviertel-Füllhöhe (bei einem 13-cm-Glas bei etwa 10 cm).

2. Kontrollversuch machen

   Gib 2 Rosinen in ein Glas mit Leitungswasser ohne Kohlensäure. Beobachte sie 1 Minute: Sie bleiben am Boden. So kannst du später nachweisen, dass es das Gas ist, das sie bewegt.

   Prüfe: In Wasser ohne Kohlensäure steigen die Rosinen nicht.

3. Limonade öffnen und einschenken

   Öffne die kalte Flasche langsam und schenk bei schräg gehaltenem Glas ein, sodass die Limonade an der Wand hinunterläuft, bis zur Dreiviertel-Markierung (etwa 225–260 ml in einem 300–350-ml-Glas).

   Tipp: Wenn du sie im Strahl von oben hineingießt, verlierst du Gas als Schaum.

4. Warten, bis der Schaum zusammenfällt

   Warte etwa 20–30 Sekunden, bis der Schaum oben fast ganz verschwunden ist. Wenn du die Rosinen in den Schaum gibst, bleiben sie darin hängen.

5. Rosinen hineingeben

   Lass 6 Rosinen einzeln, mit ein paar Sekunden Abstand, aus 2–3 cm Höhe auf die Oberfläche fallen. Starte die Stoppuhr.

   Prüfe: Alle Rosinen sinken in 1–3 Sekunden bis zum Boden.

6. Bläschen beobachten

   Schau dir die Rosinen am Boden aus der Nähe an, auf Höhe des Glases: In 10–30 Sekunden sind sie mit winzigen Bläschen bedeckt, vor allem in den Falten.

   Tipp: Eine Taschenlampe hinter dem Glas lässt die Bläschen glitzern.

7. Zusehen, wie sie steigen

   Wenn eine Rosine genug Bläschen hat, löst sie sich vom Boden und steigt. Sieh an der Skala, dass sie die 10 cm bis zur Oberfläche in 1–3 Sekunden schafft.

8. Zusehen, wie sie wieder sinken

   Oben dreht sich die Rosine, verliert Bläschen, die an der Luft platzen, und sinkt wieder. Zähle 5 Minuten lang die Fahrten einer Rosine (eine Fahrt = hoch und runter).

   Prüfe: Anfangs macht jede Rosine alle 10–40 s eine Fahrt.

9. Den Tanz stoppen

   Lass das Glas stehen und schau alle 5 Minuten nach. Halte die Stoppuhr an, wenn 2 Minuten lang keine Rosine mehr gestiegen ist. Meist dauert es 20–40 Minuten.

10. Aufräumen

    Hol die Rosinen mit dem Löffel heraus und wirf sie in den Biomüll; die schale Limonade kann in die Spüle. Spül das Glas aus.

Funktioniert es? Der Test

Glas mit 300–350 ml, 225–260 ml frisch geöffnete kalte Limonade und 6 Rosinen; 30 Minuten beobachten.

Was passieren soll: Die Rosinen sinken beim Hineingeben und beginnen in weniger als 1 Minute, auf- und abzusteigen. Anfangs macht jede Rosine alle 10–40 Sekunden eine Fahrt (etwa 8–30 Fahrten in 5 Minuten). Das Tempo lässt allmählich nach, und nach 20–40 Minuten ist der Tanz vorbei, wenn die Limonade ihr Gas verloren hat. In Wasser ohne Kohlensäure bewegen sie sich nicht.

Wenn etwas nicht klappt

• Die Rosinen bleiben am Boden und steigen nicht — Die Limonade hat ihr Gas verloren (Flasche schon offen oder geschüttelt) oder ist warm. Lösung: Nimm eine neue, kalte Flasche und schenk langsam an der Glaswand ein.
• Die Rosinen schwimmen von Anfang an und sinken nicht — In ihren Falten steckt Luft, oder oben ist viel Schaum. Lösung: Warte, bis der Schaum zusammenfällt, bevor du sie hineingibst; drück schwimmende mit dem Löffel hinunter. Bleiben sie oben, nimm kleinere Rosinen oder weich sie 1 Minute in Wasser ein.
• Sie steigen einmal und bleiben oben kleben — Sie sind groß und sehr schrumpelig und halten zu viele Bläschen fest, oder im Glas sind Spülmittelreste. Lösung: Nimm mittelgroße Rosinen und ein gut ausgespültes Glas ohne Seife.
• Es gibt kaum Bläschen und alles geht sehr langsam — Limonade mit wenig Kohlensäure oder zu breites, niedriges Glas. Lösung: Nimm ein hohes, schmales Glas (die Limonade verliert weniger Gas über die Oberfläche) und frisch geöffnete Limonade.
• Der Schaum läuft über — Im Strahl eingeschenkt oder Glas zu voll. Lösung: Füll nur bis drei Viertel und schenk bei schräg gehaltenem Glas ein.

Sicherheit

• Rosinen, Erdnüsse und Körner sind klein: Bei Kindern unter 4 Jahren besteht Erstickungsgefahr; achte darauf, dass sie sie nicht in den Mund nehmen.
• Nussallergie: Wenn jemand allergisch ist, verwende keine Erdnüsse im Versuch.
• Trinkt die Limonade aus dem Versuch nicht und esst die nassen Rosinen nicht, die durch alle Hände gegangen sind.
• Ein Glas aus Glas gehört auf ein Tablett und weg von der Tischkante.
• Wenn du den Versuch mit Natron und Essig machst: Bewahre die Mischung nicht in einem verschlossenen Behälter auf (der Druck kann den Deckel absprengen).

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Eine Rosine ist ein bisschen schwerer als das Wasser, dessen Platz sie einnimmt, deshalb geht sie unter. In der Limonade steckt ein verstecktes Gas, das die Bläschen macht. Dieses Gas setzt sich in den Falten der Rosine fest wie winzige Ballons. Mit vielen Ballons wird die Rosine leichter als die Flüssigkeit und fährt hoch wie mit einem Aufzug. Oben platzen die Ballons, die Rosine ist wieder schwerer und sinkt erneut. Wenn die Limonade kein Gas mehr hat, ist der Tanz vorbei.

Für Erwachsene

Die Rosine hat eine etwas höhere Dichte als die Limonade (≈ 1,1–1,3 g/cm³ gegenüber ≈ 1,00–1,04 g/cm³), deshalb sinkt sie. Die Limonade ist mit CO₂ übersättigt (sie wird bei 2–4 atm abgefüllt; nach dem Öffnen liegt das gelöste Gas über dem Gleichgewicht bei 1 atm). Das CO₂ entweicht als Bläschen, doch eine neue Blase mitten in der Flüssigkeit zu bilden kostet viel Energie (Oberflächenspannung), daher entstehen sie an Nukleationskeimen: Rissen, Fasern und Falten rauer, wasserabweisender Oberflächen wie der Haut der Rosine. Die anhaftenden Bläschen vergrößern das Volumen des Ganzen, ohne nennenswert Masse hinzuzufügen; wenn der Auftrieb (Gewicht der von Rosine + Bläschen verdrängten Flüssigkeit) das Gewicht übersteigt, steigt die Rosine. Für eine Rosine mit 0,4 cm³ und einer Dichte von 1,25 g/cm³ braucht es ≈ 0,1 cm³ anhaftendes Gas, also rund zweihundert Bläschen von 1 mm (jedes ≈ 0,5 mm³). An der Oberfläche geraten einige Bläschen an die Luft und platzen, die Rosine dreht sich und verliert sie: Sie hat wieder eine höhere Dichte als die Flüssigkeit und sinkt. Der Kreislauf läuft, solange die Übersättigung die Bildung von Bläschen erlaubt; bei Kälte ist CO₂ besser löslich (Henry-Gesetz) und entweicht langsamer, daher dauert der Tanz länger, auch wenn er etwas langsamer anläuft.

• Dichte: wie viel Masse in einem bestimmten Volumen steckt; was eine höhere Dichte hat, sinkt in dem mit geringerer Dichte.
• Auftrieb: die Kraft nach oben, die eine Flüssigkeit auf alles ausübt, was in ihr steckt.
• Kohlenstoffdioxid (CO₂): das Gas in den Bläschen der Limonade.
• lösen: etwas so mit einer Flüssigkeit mischen, dass man es nicht mehr sieht, wie das versteckte Gas in der Limonade.
• Nukleation: die Entstehung eines Bläschens an einer rauen Stelle, etwa einer Falte der Rosine.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene schenkt die Limonade ein. Das Kind gibt die Rosinen hinein, zählt die Fahrten „seiner“ Rosine und sagt, ob sie steigt oder sinkt. Die Idee „Bläschen sind Schwimmflügel“ reicht.
• 8–10 Jahre: Sie machen den ganzen Versuch, den Kontrollversuch mit Wasser ohne Kohlensäure und den Vergleich mit Reis und Erdnüssen und notieren die Fahrten in 5 Minuten.
• 11–12 Jahre: Sie planen den Temperaturversuch mit nur einer Variablen und einem Diagramm der Fahrten über die Zeit und berechnen, wie viele 1-mm-Bläschen eine Rosine zum Schwimmen braucht.

In der Gruppe oder in der Klasse

Gruppen mit 3–4 Kindern, ein Glas pro Gruppe (8 Gläser und 2 Flaschen à 1,5 L für 25 Kinder). Jede Gruppe testet eine andere Variable (Rosinen, Reis, Nudeln, kalt, lauwarm, Wasser ohne Kohlensäure, Natron und Essig) und zählt die Fahrten in 5 Minuten. Die Ergebnisse werden an der Tafel zusammengetragen. Insgesamt 30 min. Öffnet die Flaschen erst direkt zu Beginn.

Challenges

• Schaffe es, dass eine einzelne Rosine mehr als 30 Fahrten in 10 Minuten macht, indem du nur das Glas oder die Temperatur änderst.
• Finde in der Küche einen Gegenstand, der schneller steigt als die Rosine, und einen, der nie steigt. Was ist an ihnen anders?
• Bau einen „Rosinenaufzug“: zwei Rosinen, mit einem Zahnstocher verbunden. Steigen sie noch?
• Erfinde eine Methode, mit der die Rosinen auf halber Höhe im Glas stehen bleiben.

Weitere kostenlose Projekte

• Bunte Milch, die sich bewegt
• Bunte Nelken
• Geheimbotschaften mit Zitronensaft
• Gespenster, die sich selbst aufblasen
• Hüpfendes Ei ohne Schale
• Lavalampe mit Öl und Brausetablette
• Limo-Mentos-Fontäne
• Riesenschaum mit Hefe
• Schaumvulkan
• Selbstgemachter Slime
• Säure-Indikator aus Rotkohl
• Versteckte Farben in der Tinte
• Kandiszucker-Kristalle am Faden
• Würfelförmige Salzkristalle

Alle Projekte ansehen