Säule aus fünf Flüssigkeiten

Was das Kind lernt

• Dass die Dichte die Masse ist, die in ein Volumen passt (g/cm³), und dass eine weniger dichte Flüssigkeit auf einer dichteren schwimmt.
• Die Reihenfolge der Schichten anhand einer Dichtetabelle vorherzusagen und durch Wiegen von 40 ml jeder Flüssigkeit zu überprüfen.
• Den Unterschied zwischen mischbaren Flüssigkeiten (Wasser, Honig, Spülmittel, Alkohol: Sie vermischen sich am Ende) und nicht mischbaren (Öl und Wasser vermischen sich nie).
• Dass ein fester Gegenstand genau über der ersten Schicht stehen bleibt, die dichter ist als er selbst.
• Kontrolliert einzugießen (Löffel, Glaswand), damit sich die Schichten nicht vermischen: eine echte Labortechnik.

Vorher vorbereiten

• Drucke das Schichtlineal (A) und die Etiketten (B) mit 100 % aus; prüfe, dass das Lineal von 0 bis 12 genau 120 mm misst.
• Miss 40 ml jeder Flüssigkeit in beschriftete Becherchen ab (8 Teelöffel zu 5 ml oder 4 Spritzen zu 10 ml). Wenn alles abgemessen ist, musst du beim Eingießen nicht hetzen.
• Färbe Wasser und Alkohol vor dem Start in ihren Becherchen: 3–4 Tropfen Farbe, umrühren und 1 Minute stehen lassen.
• Ist der Honig kristallisiert, erwärme ihn im Wasserbad und lass ihn abkühlen: Warmer Honig dringt durch die Schichten.
• Stelle das Glas auf ein Tablett auf einem Tisch, der nicht wackelt, vor ein Fenster oder einen weißen Hintergrund, damit du die Farben gut siehst.
• Bewahre den Alkohol bis zur Verwendung außer Reichweite der Kinder auf; in der Nähe dürfen keine Kerzen oder offenen Flammen brennen.

Materialien und Werkzeuge

• Hohes, durchsichtiges Glas — 1
  glatt, Innen-Ø 50–65 mm und 130–150 mm hoch (Longdrinkglas mit 300–350 ml); je schmaler, desto dicker wirken die Schichten
• Honig — 40 ml (≈ 56 g, etwa 3 Esslöffel)
  flüssig, nicht kristallisiert; ist er fest, stelle das Glas 5 min ins Wasserbad und lass ihn wieder abkühlen
• Spülmittel (für Handabwasch) — 40 ml
  konzentriert und farbig (grün oder blau); die Flasche nicht schütteln, damit keine Bläschen entstehen
• Leitungswasser — 40 ml
  mit Raumtemperatur
• Lebensmittelfarbe — 3–4 Tropfen (Wasser) + 2–3 Tropfen (Alkohol)
  flüssig; wähle andere Farben als die des Spülmittels (z. B. Blau für das Wasser und Rot für den Alkohol)
• Sonnenblumenöl — 40 ml
  hell (Olivenöl geht auch, ist aber dunkler)
• Alkohol aus der Apotheke — 40 ml
  Ethanol 96 % (0,80 g/cm³) oder 70 % (≈ 0,88 g/cm³): Beide sind weniger dicht als Öl
• Becherchen zum Abmessen und Färben — 5
  Joghurtbecher oder Schnapsgläser, eins pro Flüssigkeit, beschriftet
• Küchenpapier — 4–5 Blatt
  um die Glaswand zu säubern und am Ende das Öl aufzusaugen
• Gegenstände zum Testen — 4–5
  Flaschenkorken, 1 cm großes Kerzenstück, eine Weintraube, eine Stahlmutter oder Unterlegscheibe

Werkzeuge

• Teelöffel (≈ 5 ml) — löffelweise abmessen und über seine Rückseite eingießen
• 10-ml-Spritze ohne Nadel (von Kindersaft) — die 40 ml abmessen und Wasser und Alkohol ganz sanft eingießen (optional, hilft aber sehr)
• Kleiner Trichter oder Strohhalm — den Honig auf den Boden bringen, ohne die Wand zu verschmieren
• Küchenwaage (optional) — 40 ml jeder Flüssigkeit wiegen und ihre Dichte berechnen

Teile und Vorlagen

• A · Schichtlineal ×1 — Papier (oder dünner Fotokarton)
• B · Etiketten der Schichten ×1 — Papier

Schritt für Schritt

1. Bereite Glas und Lineal vor

   Klebe das Lineal A mit durchsichtigem Klebeband an die Außenwand des Glases, mit der 0 auf Höhe des inneren Bodens. Schneide die 5 Etiketten B aus und leg sie umgedreht zur Seite, ohne sie aufzukleben: So verraten sie die Reihenfolge nicht vor der Vorhersage. Du klebst sie am Ende auf.

   Prüfe: Das Glas ist innen sauber und trocken: Ein Wassertropfen an der Wand würde den Honig festkleben lassen.

2. Miss die fünf Flüssigkeiten ab

   Miss 40 ml jeder Flüssigkeit in ihr Becherchen ab (8 Teelöffel zu 5 ml oder 4 Spritzen zu 10 ml). Färbe das Wasser mit 3–4 Tropfen Farbe blau und den Alkohol mit 2–3 Tropfen rot.

   Tipp: Den Alkohol misst ein Erwachsener ab, und das Becherchen bleibt weit weg von der Tischkante.

3. Sag die Reihenfolge voraus

   Bitte vor dem Eingießen jedes Kind, die 5 Becherchen von „am schwersten“ bis „am leichtesten“ zu ordnen, indem es sie mit der Hand anhebt oder wiegt (40 ml Honig ≈ 56 g; Öl ≈ 37 g). Schreib die Vorhersage auf.

   Prüfe: Wenn ihr wiegt: Honig > Spülmittel > Wasser > Öl > Alkohol, in dieser Reihenfolge.

4. Gieß den Honig auf den Boden

   Gieß die 40 ml Honig in die Mitte des Glases, ohne die Wände zu berühren (nimm einen Trichter oder lass den Honigfaden aus 2–3 cm Höhe hineinlaufen). Warte 1 Minute, bis die Oberfläche glatt ist.

   Prüfe: Der Honig reicht bis zur 14-mm-Marke des Lineals. Hat er die Wand verschmiert, wisch sie mit Küchenpapier ab, das du um ein Stäbchen gewickelt hast.

5. Gib das Spülmittel dazu

   Neige das Glas ein wenig und gieß die 40 ml Spülmittel langsam ein, sodass es an der Wand hinunterrinnt. Es ist dickflüssig: Es fließt langsam und verteilt sich von selbst auf dem Honig. Stell das Glas wieder gerade und warte 1 Minute, bis die Bläschen aufgestiegen sind.

   Prüfe: Du siehst zwei saubere Schichten, und die Oberfläche reicht bis ≈ 28 mm.

6. Setz den Löffel an

   Halte den Löffel mit der Rückseite (der gewölbten Seite) nach oben ins Glas und setz seine Spitze an die Glaswand, 5–10 mm über der Oberfläche des Spülmittels. Halte das Glas mit der anderen Hand fest.

   Tipp: Wenn deine Hand zittert, stütz den Ellbogen auf den Tisch.

7. Gieß das Wasser ganz langsam ein

   Gieß das gefärbte Wasser auf die Rückseite des Löffels, 1 Teelöffel (5 ml) alle 3–4 Sekunden, damit es an der Wand hinunterrinnt und sich als dünne Lage ausbreitet. Heb den Löffel an, während der Pegel steigt. Das dauert etwa 30 Sekunden.

   Prüfe: Die Grenze zwischen Grün und Blau ist scharf. Ein trüber Streifen von 2–3 mm ist normal; ist er breiter als 5 mm, hast du zu schnell gegossen.
   Tipp: Mit der Spritze ist es noch leichter: Spitze an die Wand und den Kolben nach und nach drücken.

8. Gib das Öl dazu

   Gieß die 40 ml Öl ebenfalls auf die Rückseite des Löffels. Hier darfst du etwas schneller sein (5 ml alle 2 s): Öl vermischt sich nicht mit Wasser und bleibt oben schwimmen, auch wenn es etwas wackelt.

   Prüfe: Die Oberfläche reicht bis ≈ 56 mm auf dem Lineal.

9. Krönender Abschluss: der Alkohol Erwachsene

   Der Erwachsene gießt die 40 ml gefärbten Alkohol auf den Löffel, ganz langsam und dicht an der Wand, wie beim Wasser. Der Alkohol muss immer über dem Öl bleiben: Dringt er hindurch und berührt das Wasser, vermischt er sich mit ihm.

   Prüfe: Du siehst 5 Schichten, und der Turm ist etwa 70 mm hoch. Sinkt ein Tropfen Alkohol ins Öl, warte: Meist steigt er wieder auf. Berührt er aber das Wasser, vermischt er sich damit und steigt nicht mehr auf.

10. Beobachte und miss

    Warte 1 Minute, ohne das Glas zu berühren. Miss mit dem Lineal A die Dicke jeder Schicht und vergleiche: Alle sollten ≈ 14 mm dick sein, weil sie dasselbe Volumen haben. Dreh die Etiketten B um, vergleiche sie mit deiner Vorhersage und klebe jedes mit Klebeband neben seine Schicht, auf die dem Lineal gegenüberliegende Seite.

11. Lass die Gegenstände hineinfallen

    Lass nacheinander aus 1 cm über der Oberfläche einen Korken, ein 1 cm großes Kerzenstück, eine Weintraube und eine Mutter hineinfallen. Frag vor jedem: In welcher Schicht bleibt er stehen? Warte bis zu 2 Minuten: Der Honig bremst stark.

    Prüfe: Korken ganz oben, Kerze zwischen Alkohol und Öl, Traube auf dem Honig, Mutter am Boden.

12. Aufräumen und sauber machen Erwachsene

    Saug am Ende die Öl- und Alkoholschicht mit 4–5 Blatt Küchenpapier auf und wirf sie in den Müll. Den Rest (Honig, Seife und Wasser) kannst du mit viel Wasser in die Spüle gießen. Spül das Glas mit heißem Wasser.

Funktioniert es? Der Test

Schau dir den frisch gebauten Turm von der Seite auf Augenhöhe an und miss mit dem Lineal A, wo jede Trennlinie liegt.

Was passieren soll: Fünf Schichten in der Reihenfolge Honig – Spülmittel – Wasser – Öl – Alkohol, jede ≈ 14 mm (± 3 mm). Die Grenze Wasser/Spülmittel ist am unschärfsten; die zwischen Wasser und Öl und die zwischen Öl und Alkohol sind völlig scharf. Der Turm hält gut 2–3 Stunden; am nächsten Tag beginnen Honig, Spülmittel und Wasser zu verschwimmen.

Wenn etwas nicht klappt

• Das Wasser vermischt sich mit dem Spülmittel, und es bleibt ein trüber Streifen mit Schaum — Es wurde zu schnell oder aus zu großer Höhe gegossen: Der Strahl durchbricht die Seifenschicht, die sich in Wasser löst. Lösung: Gieß langsamer, mit der Löffelspitze an der Wand und 5–10 mm über der Schicht, oder nimm eine Spritze. Ist der trübe Streifen breiter als 5 mm, fang neu an.
• Der Honig klebt an der Wand, und man sieht Schlieren — Der Honig hat beim Eingießen die Wand berührt. Lösung: Gieß ihn in die Mitte oder mit einem Trichter. Wisch die Wand mit Küchenpapier ab, das um ein Stäbchen gewickelt ist, bevor du weitermachst.
• Der Alkohol verschwindet, und die Wasserschicht wächst — Der Alkohol ist durch das Öl gedrungen und hat sich mit dem Wasser vermischt (sie sind mischbar). Lösung: Gieß ihn ganz langsam und dicht an der Wand ein. Eine dickere Ölschicht (50–60 ml) wirkt als Polster.
• Der Honig dringt durch das Spülmittel oder vermischt sich damit — Der Honig war warm, oder das Spülmittel wurde vor dem Honig eingefüllt. Lösung: Der Honig immer zuerst und mit Raumtemperatur. Halte die Reihenfolge von der größten zur kleinsten Dichte ein.
• Die Spülmittelschicht ist von der Wasserschicht nicht zu unterscheiden — Sie haben dieselbe Farbe, oder das Spülmittel ist farblos. Lösung: Färbe das Wasser in einer Kontrastfarbe (Rot oder Blau, wenn die Seife grün ist).
• Die Mutter bleibt auf dem Honig liegen — Honig ist sehr zähflüssig: Die Mutter sinkt sehr wohl, aber sehr langsam. Lösung: Warte 2–5 Minuten oder nimm eine schwerere Mutter (M8 oder größer). Eine gute Gelegenheit, über Viskosität zu sprechen, die nicht dasselbe ist wie Dichte.

Sicherheit

• Alkohol aus der Apotheke ist brennbar: Er wird von einem Erwachsenen gehandhabt, ohne brennende Kerzen, Herde oder Feuerzeuge in der Nähe, und am Ende verschlossen aufbewahrt.
• Vom Turm wird nichts getrunken: Spülmittel und Alkohol sind giftig. Stell ein Schild „NICHT TRINKEN“ auf, wenn kleine Kinder in der Nähe sind.
• Spritzen Spülmittel oder Alkohol in die Augen, 10 Minuten lang mit viel Wasser ausspülen.
• Heißer Honig verbrennt: Wenn du ihn im Wasserbad erwärmst, lass ihn abkühlen, bevor ein Kind ihn anfasst.
• Weintrauben, Muttern und Korken sind Kleinteile: Pass bei Kindern unter 3 Jahren auf.
• Altes Öl gehört nicht in die Spüle: Saug es mit Papier auf und wirf es in den Müll, oder bring es bei größeren Mengen zur Altöl-Sammelstelle.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Alle Flüssigkeiten sehen aus wie Wasser, aber manche sind „dichter gepackt“ als andere: Im selben Löffel steckt beim Honig viel mehr drin als beim Öl, deshalb ist er schwerer. Wenn wir sie zusammengießen, gehen die schwereren nach unten und die leichteren bleiben oben, so wie im Bus die großen Kinder hinten sitzen und die kleinen vorne. Öl und Wasser sind außerdem wie zwei Kinder, die Streit haben: Auch wenn du sie zusammenbringst, vermischen sie sich nie. Deshalb bleibt der Turm in Schichten.

Für Erwachsene

Die Dichte ρ = m/V gibt an, wie viel Masse ein Volumen einnimmt. In einem ruhenden Gefäß ordnet sich ein weniger dichtes Fluid über einem dichteren an, weil so der Schwerpunkt des Systems sinkt (minimale potenzielle Energie). Hier: Honig ≈ 1,42 g/cm³ (≈ 80 % gelöste Zucker), Spülmittel ≈ 1,03–1,05, Wasser 1,00, Öl ≈ 0,92 und Alkohol 96 % ≈ 0,80 (reines Ethanol 0,79; 70 % ≈ 0,88). Es gibt zwei Arten von Grenzflächen: Öl/Wasser und Öl/Alkohol sind nicht mischbar (unpolare Moleküle gegenüber polaren, die über Wasserstoffbrücken verbunden sind), daher ist die Grenze scharf und stellt sich nach dem Schütteln wieder ein. Honig, Spülmittel, Wasser und Ethanol dagegen sind mischbar: Ihre Trennung ist nur vorübergehend und hält, weil die Diffusion langsam ist und die hohe Viskosität von Honig und Seife das Vermischen bremst; deshalb muss ohne Turbulenz gegossen werden (eine Lage, die an der Wand hinunterrinnt), und deshalb verschwimmen die Schichten am nächsten Tag. Der Alkohol darf nie das Wasser berühren: Er würde sich vermischen, und das Wasser-Ethanol-Gemisch hat zudem eine mittlere Dichte. Ein Festkörper sinkt, solange ρ(Gegenstand) > ρ(Flüssigkeit), und bleibt an der Grenzfläche stehen, an der das nicht mehr gilt (archimedisches Prinzip); die Viskosität ändert nur, wie schnell er dort ankommt.

• Dichte: wie viel Masse in einem Volumen steckt; gemessen in Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³).
• mischbar: vermischt sich mit einer anderen Flüssigkeit zu einer einzigen (Wasser und Alkohol).
• nicht mischbar: vermischt sich nicht, auch wenn du schüttelst (Wasser und Öl).
• Viskosität: wie dickflüssig eine Flüssigkeit ist, wie schwer sie fließt (Honig ist sehr zähflüssig).
• schwimmen: auf einer Flüssigkeit oben bleiben, weil man weniger dicht ist als sie.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene misst die Flüssigkeiten ab und gießt Wasser und Alkohol ein; das Kind gießt Honig, Spülmittel und Öl ein, klebt die Etiketten auf und lässt die Gegenstände hineinfallen. Konzentriere dich auf „schwer unten, leicht oben“ und darauf, zu raten, wo jeder Gegenstand stehen bleibt.
• 8–10 Jahre: Sie bauen den ganzen Turm außer dem Alkohol. Sie wiegen 40 ml jeder Flüssigkeit, ordnen vor dem Eingießen von schwer nach leicht und messen mit dem Lineal die Dicke jeder Schicht.
• 11–12 Jahre: Sie berechnen die Dichte jeder Flüssigkeit (Masse ÷ Volumen), zeichnen ein Balkendiagramm und sagen die Lage von Gegenständen voraus, indem sie deren Masse und deren Volumen über die Wasserverdrängung in einer Spritze messen. Challenge: eine sechste Schicht (Salzwasser oder Milch) an der richtigen Stelle einfügen.

In der Gruppe oder in der Klasse

Teams aus 3–4 Kindern, ein Turm pro Team (ein Glas, 5 beschriftete Becherchen, Löffel und Spritze). Bereite die abgemessenen Flüssigkeiten vorher in Becherchen vor (für 6 Teams: 250 ml Honig, 250 ml Spülmittel, 250 ml Öl) und stell den Alkohol nur auf den Tisch der Lehrkraft, die ihn reihum bei jedem Team eingießt. Einheit von 45 min: 10 min Vorhersage (wiegen und ordnen), 20 min bauen, 10 min Gegenstände und 5 min Aufräumen mit Küchenpapier. Leg Tabletts oder Zeitungspapier unter jedes Glas.

Challenges

• Baue einen Turm mit 7 Schichten, indem du Salzwasser (zwischen Wasser und Spülmittel) und Vollmilch (≈ 1,03) hinzufügst.
• Bring ein rohes Ei dazu, auf halber Höhe eines Glases zu schweben, nur mit Wasser und Salz in zwei Schichten.
• Baue den Turm in einem schmalen Röhrchen (Messzylinder oder Brausetablettenröhrchen) und berechne, wie viele ml du für 20-mm-Schichten brauchst.
• Bau ein „U-Boot“ aus einem Klecks Knete und einem Stückchen Korken, das genau in der Wasserschicht bleibt.

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
• Trockenes Tuch unter Wasser
• Wasserfilter in Schichten
• Wasserwirbel zwischen zwei Flaschen
• Das Ei, das die Flasche verschluckt
• Wolke im Glas

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