Trockenes Tuch unter Wasser

Was das Kind lernt

• Dass Luft Materie ist: Sie nimmt Platz ein, auch wenn man sie nicht sieht, und Wasser kann nicht dorthin, wo schon Luft ist.
• Dass man Luft ein wenig zusammendrücken kann: Je tiefer du das Glas tauchst, desto etwas mehr Wasser dringt ein.
• Dass die Luft, wenn sie einen Ausweg hat (gekipptes Glas), in Blasen nach oben entweicht und das Wasser ihren Platz einnimmt.
• Wie Taucherglocken funktionieren und warum man unter Wasser Luftblasen von einem Glas ins andere „umfüllen“ kann.

Vorher vorbereiten

• Füll das Gefäß mindestens 13 cm hoch mit Wasser (mit dem Lineal messen) und stell es auf ein Handtuch auf einen niedrigen Tisch oder auf den Boden.
• Trockne das Glas innen gut ab: Jeder Tropfen macht das Papier nass.
• Drucke Skala A aus und schneide sie aus, wenn du messen willst, wie weit das Wasser steigt.
• Leg ein trockenes Tuch und Ersatzblätter Papier bereit.

Materialien und Werkzeuge

• Durchsichtiges Glas — 1 (2 für die Experimente)
  aus Glas oder hartem Kunststoff, ≈ 250 ml, ≈ 10 cm hoch, Öffnung Ø 7–8 cm, ohne Aufdruck
• Küchenpapier — 1 Blatt pro Versuch
  Blatt von ≈ 22 × 23 cm, weiß (auf Weiß sieht man besser, ob es nass wird)
• Großes Gefäß — 1
  möglichst durchsichtig (Glasschüssel, Putzeimer, hoher Topf oder Aquarium), mindestens 15 cm hoch und 20 cm breit
• Leitungswasser — so viel, dass es 13 cm tief ist (≈ 4–6 L)
  kalt oder lauwarm; 3 Tropfen blaue Lebensmittelfarbe helfen, den Wasserstand im Glas zu sehen
• Klebemasse (z. B. Blu-Tack) — 1 Kügelchen von 1 cm
  falls die Papierkugel herausfällt
• Durchsichtiges Klebeband — 2 Stücke à 5 cm
  zum Aufkleben der Skala A auf das Glas

Werkzeuge

• Lineal — Höhe des Glases und Wassertiefe messen
• Geschirrtuch — Glasrand und Hände abtrocknen
• Schere — Skala A ausschneiden

Teile und Vorlagen

• A · Millimeterskala für das Glas ×1 — Papier

Schritt für Schritt

1. Prüfe die Wassertiefe

   Stell das Lineal senkrecht ins Gefäß und prüfe, ob das Wasser mindestens 13 cm tief ist (3 cm mehr als die Höhe deines Glases). Reicht es nicht, gieß Wasser nach oder nimm ein höheres Gefäß.

   Prüfe: Tauche das Glas aufrecht (Öffnung oben, damit es volllaufen kann) bis zum Boden ein: Das Wasser muss mindestens 3 cm über seinem Rand stehen. Nimm es heraus und trockne es gut ab, bevor du weitermachst.

2. Trockne das Glas ab

   Trockne das Glas innen mit dem Tuch ab, bis kein einziger Tropfen mehr da ist, vor allem am Boden, wo das Papier hinkommt.

3. Mach die Papierkugel

   Knülle ein ganzes Blatt Küchenpapier zu einer Kugel, die etwas größer ist als der Glasboden (etwa 6 cm). Drück sie mit den Fingern bis zum Boden hinein, damit sie fest klemmt.

   Tipp: Die Kugel darf nicht unter die Mitte des Glases reichen: Das Wasser dringt ein kleines bisschen am Rand ein.

4. Prüfe, dass sie nicht herausfällt

   Dreh das Glas um und schüttle es einmal sanft. Fällt das Papier heraus, mach die Kugel größer oder kleb ein Kügelchen Klebemasse an den Glasboden und drück das Papier daran fest.

   Prüfe: Wenn das Glas kopfüber steht, bleibt das Papier oben am Glasboden.

5. Kleb die Skala auf (optional)

   Willst du messen, wie weit das Wasser im Glas steigt, schneide Skala A aus und schneide auch genau an der Linie 0 den 7-mm-Streifen darunter ab (den mit der Beschriftung „0 = RAND“). Kleb sie mit Klebeband außen ans Glas, mit der Schnittkante bei 0 genau am Rand der Öffnung.

6. Tauche das Glas gerade ein

   Halte das Glas kopfüber mit einer Hand am Boden, ganz senkrecht. Tauche es langsam und gerade ein, bis die Öffnung den Boden des Gefäßes berührt. Du spürst, wie das Wasser nach oben drückt.

   Prüfe: Schau von der Seite: Im Glas ist kaum Wasser eingedrungen; das Papier ist oben noch von Luft umgeben.

7. Halte 10 Sekunden aus

   Halte das Glas 10 Sekunden ruhig und senkrecht, ohne es auch nur ein bisschen zu kippen. Hast du die Skala aufgeklebt, sieh nach, wie viele Millimeter das Wasser im Glas gestiegen ist.

8. Zieh das Glas gerade heraus

   Zieh das Glas genauso gerade nach oben heraus. Trockne Rand und Außenseite mit dem Tuch ab, bevor du es umdrehst, damit keine Tropfen auf das Papier fallen.

9. Fühl das Papier

   Dreh das Glas um, nimm das Papier heraus und fühl es: Es ist trocken. Vergleiche es mit einem Blatt, das du absichtlich nass machst.

10. Jetzt kipp es

    Steck wieder ein trockenes Papier hinein und tauche das Glas gerade ein. Wenn es am Boden ist, kipp es etwa 45° zur Seite: Du siehst große Luftblasen aufsteigen. Nimm es heraus und fühl das Papier: Jetzt ist es nass.

Funktioniert es? Der Test

Tauche das Glas gerade bis zum Boden in 13 cm Wasser, warte 10 s, zieh es gerade heraus, trockne den Rand ab und fühl das Papier.

Was passieren soll: Das Papier kommt völlig trocken heraus. Im Glas ist das Wasser nur 1–1,5 mm über den Rand gestiegen. Kippt man es um 45°, steigt eine große Luftblase auf, und das Papier wird nass.

Wenn etwas nicht klappt

• Das Papier kommt nass heraus — Das Glas wurde beim Eintauchen oder Herausziehen gekippt, oder beim Umdrehen sind Tropfen vom Rand gefallen. Lösung: Tauche es ganz gerade und langsam ein und aus und trockne den Rand außen ab, bevor du das Glas umdrehst.
• Das Papier fällt beim Umdrehen des Glases heraus — Die Kugel ist zu klein. Lösung: Mach die Kugel größer und drück sie gegen den Boden, oder befestige sie mit einem Kügelchen Klebemasse.
• Das Papier ist nur unten nass — Die Kugel reichte zu nah an die Glasöffnung. Lösung: Die Kugel soll nur die obere Hälfte des Glases ausfüllen.
• Das Glas wird nicht ganz bedeckt — Zu wenig Wasser oder zu flaches Gefäß. Lösung: Nimm ein höheres Gefäß oder gieß Wasser nach, bis es 3 cm höher steht als das Glas.
• Das Papier war schon vor dem Start feucht — Im Glas waren Tropfen, oder die Hände waren nass. Lösung: Trockne Glas und Hände ab, bevor du jede Kugel machst.

Sicherheit

• Ein großes Gefäß mit Wasser ist sehr schwer (5 L = 5 kg): Füll es an Ort und Stelle mit einem Krug und trag es nicht voll herum.
• Nasse Gläser sind rutschig: Nimm bei den Kleinsten einen Becher aus Hartplastik.
• Leg ein Handtuch darunter und wisch am Ende den Boden trocken, damit niemand ausrutscht.
• Lass ein kleines Kind nie allein bei einem Eimer oder einer Badewanne mit Wasser.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Auch wenn es leer aussieht, ist das Glas voller Luft. Luft sieht man nicht, aber sie nimmt Platz ein, so wie du deinen Stuhl besetzt. Wenn du das Glas kopfüber eintauchst, ist die Luft darin gefangen wie in einer Riesenblase und kann nirgends hinaus, also kann das Wasser nicht hinein: Der Platz ist schon besetzt. Deshalb bleibt das Papier trocken. Kippst du das Glas aber, öffnest du der Luft eine Tür: Sie steigt in Blasen nach oben, und dann strömt das Wasser hinein und macht das Papier nass.

Für Erwachsene

Das umgedrehte Glas schließt ein Luftvolumen bei Atmosphärendruck (≈ 101,3 kPa) ein. Damit Wasser eindringen kann, müsste die Luft entweichen oder komprimiert werden. Da Luft eine geringere Dichte als Wasser hat, kann sie nicht nach unten durch die Öffnung entweichen, solange das Glas senkrecht steht. Ein wenig komprimiert wird sie aber: An der Öffnung in der Tiefe h beträgt der Druck p0 + ρgh. Bei h = 0,13 m ist ρgh ≈ 1,3 kPa, also 1,3 % von p0; nach dem Gesetz von Boyle (pV = konstant bei konstanter Temperatur) verringert sich das Luftvolumen um 1,3 %, und in einem 10 cm hohen Glas steigt das Wasser um ≈ 1,3 mm. In 40 cm Tiefe (Badewanne oder Schwimmbecken) wären es ≈ 4 mm, und in 10 m Tiefe (doppelter Druck) würde die Luft nur noch das halbe Glas füllen. Das ist das Prinzip der Taucherglocke, die schon seit der Antike verwendet wird, und der Senkkästen (Caissons), mit denen Brückenpfeiler gebaut werden. Kippt man das Glas, liegt ein Teil der Öffnung höher als die Wasseroberfläche im Glas (die Grenze zwischen Luft und Wasser); die Luft steigt durch den Auftrieb (Archimedes) in Blasen auf, und das Wasser nimmt ihr Volumen ein. Das Experiment zeigt auch, dass Luft Materie ist: Sie hat Masse (≈ 0,3 g in einem 250-ml-Glas) und nimmt Raum ein.

• Materie: alles, was Platz einnimmt und eine Masse hat, auch die Luft.
• Luft: Gemisch aus Gasen (vor allem Stickstoff und Sauerstoff), das uns umgibt; man sieht es nicht, aber es nimmt Platz ein.
• Druck: Kraft, mit der Luft oder Wasser auf jedes Stück einer Fläche drückt.
• komprimieren: etwas zusammendrücken, damit es weniger Platz einnimmt; Luft lässt sich komprimieren, Wasser fast gar nicht.
• Taucherglocke: unten offene Glocke, die mit Luft darin ins Wasser gelassen wird, damit Taucher atmen können.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene bereitet das Gefäß vor. Das Kind macht die Kugel, taucht das Glas mit beiden Händen ein und fühlt das Papier. Betone die Idee „Das Glas ist nicht leer, es ist voller Luft“.
• 8–10 Jahre: Sie machen es allein, probieren unterschiedlich große Gläser aus und das Umfüllen von Luft zwischen zwei Gläsern.
• 11–12 Jahre: Sie messen mit Skala A, wie weit das Wasser in zwei Tiefen steigt, berechnen die Kompression mit dem Gesetz von Boyle und vergleichen mit den Messwerten.

In der Gruppe oder in der Klasse

Teams zu viert mit einer Wanne oder einem Eimer mit 13 cm Wasser pro Team (im Schulhof oder auf Handtüchern), 2 Bechern aus Hartplastik und Küchenpapier. 25 min: schriftliche Vorhersage (5), Versuch gerade und gekippt (10), Luft zwischen Gläsern umfüllen (5), Besprechung (5). Halte Wischmopp und Handtücher bereit.

Challenges

• Bau aus einer abgeschnittenen Flasche eine Mini-Taucherglocke und bring eine kleine Plastikfigur auf den Grund, ohne dass sie nass wird.
• Füll die Luft dreimal hintereinander von einem Glas ins andere um, ohne eine einzige Blase zu verlieren.
• Tauche ein Glas mit Papier 40 cm tief (Badewanne) und prüfe, ob es trocken bleibt; miss, wie weit das Wasser steigt.
• Erkläre mit einer Zeichnung, warum ein U-Boot Luft pumpen muss, um aufzutauchen.

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

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