Seifenboot

Was das Kind lernt

• Dass sich die Wasseroberfläche wie eine elastische Haut verhält, die in alle Richtungen zieht (Oberflächenspannung).
• Dass Seife diese Haut schwächt und dass sich das Boot zur Seite bewegt, die stärker zieht, wenn eine Seite schwächer zieht als die andere.
• Dass man ein Experiment wiederholen können muss: warum man jedes Mal sauberes Wasser braucht.
• Formen zu vergleichen, indem man Strecken in Zentimetern misst (breite oder schmale Kerbe, leichtes oder schweres Boot).

Vorher vorbereiten

• Drucke die Vorlage mit 100 % aus und schneide die Papierumrisse A und B als Schablone aus.
• Wasch die Schale mit heißem Wasser und Spülmittel und spül sie mit reinem Wasser sehr gut nach; lass sie trocknen. Ein Rest Fett oder Seife am Boot verdirbt alles.
• Spül die Wanne nur mit Wasser aus (ohne Spülmittel) und füll sie mit 4–5 cm Wasser. Lass sie vor dem Start 2 Minuten ruhig stehen.
• Stell einen Eimer und einen Krug bereit, um schnell zu leeren und neu zu füllen: Jedes Rennen braucht frisches Wasser.

Materialien und Werkzeuge

• Styroporschale (Polystyrol) — 1 (reicht für 6 Boote)
  von Obst oder Fleisch, mit heißem Wasser und Spülmittel gewaschen und sehr gut nachgespült; flache Stelle von mindestens 10 × 6 cm, 3–5 mm dick
• Flüssiges Spülmittel — 1 Teelöffel in einem Flaschendeckel
  beliebig; man taucht nur die Spitze eines Zahnstochers hinein
• Wanne oder Backblech — 1
  40–50 cm, mit 4–5 cm sauberem Leitungswasser gefüllt
• Zahnstocher — 5–6
  für jeden Versuch ein neuer
• Leitungswasser — ≈ 5 l pro Füllung
  sauber und mit Zimmertemperatur; halte einen Eimer zum Ausleeren bereit
• Gemahlener Pfeffer oder Talkum — 1 Prise (optional)
  um zu sehen, wie die Seife die Oberfläche wegschiebt
• Wasserfester Filzstift — 1
  zum Abpausen der Vorlage und zum Verzieren (andere Farben können Stoffe abgeben, die die Spannung zerstören)

Werkzeuge

• Schere — das Boot ausschneiden
• Cuttermesser und Schneidematte — die schmale 6-mm-Kerbe in dicken Schalen ausschneiden Erwachsene
• Bleistift und leerer Kugelschreiber — den Umriss auf dem Styropor markieren (durch Aufdrücken)
• Lineal oder Maßband — die zurückgelegte Strecke messen
• Eimer oder Krug — das Wasser zwischen den Versuchen wechseln

Teile und Vorlagen

• A · Verbessertes Boot mit Tank ×1 — Styroporschale 3–5 mm
• B · Klassisches Boot (V-Kerbe) ×1 — Styroporschale 3–5 mm
• C · Schmales Rennboot ×1 — Styroporschale 3–5 mm

Schritt für Schritt

1. Übertrage das Boot

   Schneide die Papiervorlage A aus und leg sie auf den flachen Teil der Styroporschale. Fahr den Umriss von 80 × 40 mm, den Kanal und den Kreis des Tanks mit einem leeren Kugelschreiber nach und drück dabei fest auf, damit eine Rille bleibt.

2. Schneide den Umriss aus

   Schneide das Boot mit der Schere entlang der Markierung aus: zuerst die geraden Seiten, dann die Bugspitze (20 mm). Lass das Heck (die gerade Seite hinten) schön gerade.

   Prüfe: Das Boot muss flach sein: War die Schale gewölbt, nimm nur den flachen Bereich des Bodens.

3. Schneide Kanal und Tank aus Erwachsene

   Schneide den 6 mm breiten Kanal vom Heck bis zum Tank (18 mm) und bohre den Tank, indem du die Bleistiftspitze drehst: Das gibt ein Loch von etwa 7 mm, also weite es fertig, indem du die Scherenspitze darin drehst, bis es die Markierung mit Ø 10 mm erreicht. Bei dicken Schalen schneidet ein Erwachsener den Kanal mit dem Cuttermesser.

   Prüfe: Der Tank reicht bis zur Markierung mit Ø 10 mm, und gegen das Licht bilden Kanal und Tank eine einzige, nach hinten offene Aussparung.

4. Bau auch das klassische Boot

   Wiederhole das mit der Vorlage B: Umriss 80 × 40 mm mit einer V-Kerbe, 20 mm breit und 15 mm tief. Damit kannst du die beiden Formen vergleichen.

5. Bereite das Wasser vor

   Füll die nur mit Wasser (ohne Spülmittel) ausgespülte Wanne 4–5 cm hoch mit sauberem Leitungswasser. Lass es 2 Minuten lang völlig zur Ruhe kommen.

   Tipp: Wenn du nicht sicher bist, ob die Wanne sauber ist, streu eine Prise Pfeffer darauf: Bleibt er verteilt und ruhig liegen, ist das Wasser in Ordnung.

6. Setz das Boot ein

   Leg Boot A ganz flach aufs Wasser, an einem Ende der Wanne, etwa 5 cm von der Wand entfernt, mit dem Bug zum anderen Ende. Lass es vorsichtig los, ohne das Deck nass zu machen.

   Prüfe: Das Boot schwimmt ruhig und berührt die Wand nicht: Berührt es sie, „klebt“ das Wasser es an den Rand.

7. Tauch den Zahnstocher ein

   Tauch nur die Spitze (2–3 mm) eines sauberen Zahnstochers in den Deckel mit Spülmittel. Streif den hängenden Tropfen am Deckelrand ab: Du brauchst nur ganz wenig.

8. Berühre den Tank

   Berühre mit der Zahnstocherspitze das Wasser im runden Tank, ohne das Boot anzustoßen, und zieh den Zahnstocher sofort zurück. Schau, wie es losfährt.

   Prüfe: Das Boot fährt in weniger als 1 Sekunde los und legt 20–40 cm zurück.

9. Miss die Strecke

   Miss mit Lineal oder Maßband, wie viele Zentimeter das Boot vom Start bis zum Stillstand zurückgelegt hat, und schreib es zusammen mit dem Bootstyp auf.

10. Wechsle das Wasser

    Leere vor dem nächsten Versuch die Wanne in den Eimer, spül sie mit Leitungswasser aus und füll sie wieder 4–5 cm hoch. In seifigem Wasser bewegt sich das Boot nicht mehr.

    Tipp: Ein Tipp für ein zweites Rennen ohne Ausleeren: Setz das Boot am anderen Ende ein und nimm etwas mehr Seife. Das klappt 2–3 Mal, jedes Mal schlechter.

11. Teste das klassische Boot

    Wiederhole den Versuch mit Boot B in sauberem Wasser und berühre dabei die Spitze der V-Kerbe mit dem seifigen Zahnstocher. Vergleiche Strecke und Zeit mit Boot A.

    Prüfe: B startet sehr kräftig, kommt aber meist weniger weit als A, weil die Seife auf einmal herauskommt.

Funktioniert es? Der Test

Setz das Boot in sauberem, ruhigem Wasser 5 cm vor der Wand ein, berühre den Tank mit dem seifigen Zahnstocher und miss die zurückgelegte Strecke. Wiederhole das 3-mal, jedes Mal mit frischem Wasser, und berechne den Mittelwert.

Was passieren soll: Boot A aus Styropor legt in 2–5 s 20–40 cm zurück; ist die Wanne klein, fährt es bis zur gegenüberliegenden Wand. Boot B (V-Kerbe) startet schneller, bleibt aber meist bei 15–30 cm stehen. In bereits seifigem Wasser bewegt sich keines.

Wenn etwas nicht klappt

• Das Boot bewegt sich überhaupt nicht — Das Wasser enthielt schon Seife (Wanne schlecht ausgespült oder vorheriger Versuch) oder am Boot sind Seifen- oder Fettreste. Lösung: Leere die Wanne, spül sie nur mit Wasser aus und füll neu. Spül das Boot unter dem Wasserhahn ab und tupf es mit Papier trocken.
• Es dreht sich im Kreis statt geradeaus zu fahren — Kanal nicht mittig, Boot unsymmetrisch oder du hast eine Seite der Kerbe berührt. Lösung: Schneide es mit der Vorlage neu aus, mit dem Kanal genau in der Mitte, und berühre das Wasser in der Mitte des Tanks.
• Es klebt an der Wand — Das Wasser bildet einen kleinen Meniskus, der schwimmende Gegenstände zum Rand zieht. Lösung: Starte immer 5 cm vor der Wand und in der Mitte der kurzen Seite.
• Das Kartonboot sinkt hinten ein — Der Karton hat sich vollgesogen und ist schwerer geworden. Lösung: Nimm Styropor oder überklebe den Karton auf beiden Seiten und an den Kanten mit Paketband.
• Es fährt nur ein kleines Stück und langsam — Boot zu schwer oder zu dick, oder zu wenig Seife. Lösung: Nimm eine dünnere Schale (3 mm) und tauch die Zahnstocherspitze etwas tiefer ein. Das schmalere Boot C kommt weiter.
• Es schießt los, bleibt aber gleich stehen — Du hast einen großen Tropfen genommen oder die Form gibt die Seife auf einmal ab (breite Kerbe). Lösung: Nimm weniger Seife (nur die Zahnstocherspitze) und Boot A mit schmalem Kanal und Tank.

Sicherheit

• Lass ein kleines Kind nie allein mit einer Wanne voll Wasser, auch wenn es nur wenige Zentimeter sind.
• Spülmittel reizt die Augen: Wenn etwas hineinspritzt, mit viel Wasser ausspülen. Nicht probieren.
• Das Cuttermesser für den schmalen Kanal benutzt ein Erwachsener, auf einer Schneidematte.
• Wisch am Ende den Boden trocken: Verschüttetes Seifenwasser ist sehr rutschig.
• Wenn du es mit Alkohol versuchst, hantiert ein Erwachsener damit, nur ein einziger Tropfen und weit weg von jeder Flamme.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Die Wasseroberfläche ist wie ein straff gespanntes Trampolin, das in alle Richtungen zieht. Wenn das Bötchen ruhig liegt, ziehen vorn und hinten gleich stark, und es bewegt sich nicht. Die Seife ist wie eine Schere, die das Trampolin direkt hinter dem Boot lockert. Dann zieht der vordere Teil weiter kräftig und der hintere nicht mehr, also fährt das Boot nach vorn. Wenn das ganze Wasser Seife enthält, ist das Trampolin überall locker und das Boot bewegt sich nicht mehr.

Für Erwachsene

Wassermoleküle ziehen sich über Wasserstoffbrücken gegenseitig an; an der Oberfläche ist diese Anziehung nach oben nicht ausgeglichen, und es entsteht eine Oberflächenspannung von ≈ 72 mN/m: eine Kraft pro Längeneinheit, die tangential zur Oberfläche entlang jeder Linie wirkt, zum Beispiel am Umriss des Boots. Solange die Spannung am ganzen Umfang gleich ist, heben sich die Kräfte auf. Spülmittel ist ein Tensid: Seine Moleküle haben einen Kopf, der sich in Wasser löst, und einen Schwanz, der Wasser abstößt; sie lagern sich an der Oberfläche an und senken die Spannung auf ≈ 30 mN/m. Gibt man es am Heck hinzu, zieht der hintere Abschnitt schwächer als der vordere; die Differenz (Δγ ≈ 0,04 N/m) mal die Breite des betroffenen Bereichs (≈ 1–2 cm) ergibt eine Nettokraft von 0,4–0,8 mN, genug, um ein Styroporboot von 0,3–0,5 g mit mehr als 1 m/s² zu beschleunigen. Außerdem breitet sich das Tensid schnell von der Zone niedriger zur Zone hoher Spannung über die Oberfläche aus (Marangoni-Effekt) und reißt Wasser und Boot mit. Wenn die Tensidschicht die ganze Oberfläche bedeckt, gleicht sich die Spannung aus und der Antrieb verschwindet: Deshalb muss man das Wasser wechseln. Ein schmaler Kanal mit Tank dosiert das Tensid und verlängert den Antrieb. Manche Wasserinsekten (Stenus, Velia) sondern tensidartige Stoffe ab, um auf genau diese Weise zu flüchten.

• Oberflächenspannung: die elastische „Haut“, die Wasser an seiner Oberfläche bildet und die in alle Richtungen zieht.
• Tensid: Stoff wie Seife, der die Haut des Wassers schwächt.
• Antrieb: der Schub, der etwas vorwärtsbewegt.
• Kräftegleichgewicht: wenn in alle Richtungen gleich stark gezogen wird und sich nichts bewegt.
• Variable: das Einzige, was du bei einem Experiment veränderst, um zu sehen, welche Wirkung es hat.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene schneidet die Boote aus und bereitet das Wasser vor. Das Kind setzt das Boot ein, taucht den Zahnstocher ein und berührt den Tank. Wichtig ist: „Die Seife lockert die Haut des Wassers hinten.“ Das Pfeffer-Experiment lieben sie.
• 8–10 Jahre: Sie schneiden die Boote A und B selbst mit der Vorlage aus, messen Strecken und vergleichen. Lass sie herausfinden, warum man das Wasser wechseln muss.
• 11–12 Jahre: Sie entwerfen ihr eigenes Boot (Form, Kanalbreite, Tankgröße), verändern jeweils nur eine Variable und erstellen eine Tabelle mit Mittelwerten aus 3 Versuchen. Challenge: die Durchschnittsgeschwindigkeit (cm/s) mit einer Stoppuhr berechnen.

In der Gruppe oder in der Klasse

Teams aus 3–4 Kindern, jedes mit eigenem Boot, und ein Backblech oder eine Wanne pro Team. Richte vorher eine Wasserstation (Eimer und Krüge) und eine Ausleerstation ein und schneide die Kanäle vor, wenn die Schalen dick sind. Einheit von 40 min: 10 min Ausschneiden mit Vorlagen, 20 min Versuche mit frischem Wasser (das Leeren und Füllen wechselt im Team), 10 min Abschlussrennen auf einem langen Blech und Vergleich der Strecken an der Tafel. Halte pro Team ein kleines Fläschchen Spülmittel und Zahnstocher bereit.

Challenges

• Entwirf ein Boot, das in einer Badewanne mehr als 50 cm weit fährt.
• Bau ein Boot, das sich im Kreis dreht, indem du den Kanal in eine Ecke setzt.
• Bau ein Boot mit zwei Tanks und schaffe es, dass es zweimal hintereinander beschleunigt.
• Finde heraus, welche Kanalbreite die größte Strecke bringt, indem du 3, 6 und 10 mm ausprobierst.
• Finde heraus, welche Insekten sich so auf dem Wasser fortbewegen, und zeichne eines.

Weitere kostenlose Projekte

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

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