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Kinder experimentieren mit Wasser und Sand

26.01.2013, Von Julia Lutzeyer — Artikel ausdrucken E-Mail verschicken

Zu Besuch am 2. Physikalischen Institut der Uni Stuttgart – Da werden physikalische Gesetze entdeckt

Ein herzliches Willkommen, ein paar erklärende Worte und schon geht es in zwei Gruppen zu den Versuchen: Bei ihrem Besuch am 2. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart erleben 14 Kinder, dass Flüssiges manchmal überraschende Wege geht.

Die Spezialkamera am Institut macht 500 Bilder in einer einzigen Sekunde.

„Am 2. Physikalischen Institut beschäftigen wir uns vor allem mit flüssigen Gemischen und mit weichen Materien wie Plastik“, stellt Laurent Helden den Forschungsschwerpunkt in der Abteilung von Professor Clemens Bechinger vor.

Am Schluss: Ein Röhrchen obendrauf!

Untersucht werden hier auch winzige Teilchen namens Kolloide (siehe Lexikon). Doch die spielen bei dem ersten Versuch keine Rolle. Dabei wird mit einem Gemisch experimentiert, das Kindern gut bekannt ist. Die Mixtur besteht aus Sand und Wasser.

Das macht Spaß: Der Luftballon wird zuerst mit Wasser gefüllt.

Man nehme: Luftballons, fülle Leitungswasser hinein, um dann mit Hilfe eines Trichters Quarzsand in den Ballon rieseln zu lassen. Die Mischung ist perfekt, wenn sich der Sand mit Wasser vollgesogen hat. Übrige Flüssigkeit sollte ausgekippt werden. Anschließend wird ein zuvor mit einem Filter versehenes Plastikrohr in die Öffnung des Ballons gesteckt und mit Kabelbindern befestigt. Nun können die Kinder sehen, dass durch den Druck des Gemischs im Rohr ähnlich wie bei einem Thermometer Wasser aufsteigt.

Dieses Glasplättchen ist mit einer wasserabweisenden Substanz beschichtet.

Nun aber die Überraschung: Wird der Sandsack von außen gedrückt, steigt das Wasser nicht etwa in die Höhe. Vielmehr wird es regelrecht in den Sandsack gesogen.

Mit Hilfe einer Spezialkamera verfolgen die Kinder mit eigenen Augen und auf dem Computerbildschirm, welche Formen fallende Wassertropfen auf unterschiedlich behandelten Glasplättchen annehmen.

Institutsmitarbeiterin Olga Zvyagolskaya erklärt den Kindern anhand einer Zeichnung, warum das so ist. „Normalerweise liegen Sandkörnchen ganz eng aufeinander. Doch durch den Druck werden sie auseinandergeschoben.“ Es entstehen Zwischenräume, und in die fließt das Wasser aus dem Röhrchen.

Perlende Tropfen

Am Bildschirm kann man die Aufnahmen der Kamera gut sehen. Fotos: Max Kovalenko

Nach der Pause mit Keksen und Säften heißt es: Platzwechsel! Die Gruppe, die erst Sandsäcke gebaut hat, findet sich nun bei Laurent Helden, einer Tropfanlage und einer Spezialkamera ein.

Und wer schon weiß, was die alles sichtbar macht, darf nun mit Wasser und Sand hantieren. Auf dem Tisch hat der Institutsmitarbeiter mehrere Glasplättchen verteilt. Die sehen zwar alle gleich aus, haben aber unterschiedliche Eigenschaften.

„Mit Hilfe von speziellen Substanzen habe ich die Plättchen beschichtet“, erklärt Laurent Helden. Ein Glasplättchen wurde nur gereinigt. Ein anderes wasserfreundlich gemacht – in der Fachsprache hydrophil genannt. Und dann gibt es noch Plättchen mit einer schwach oder stark wasserabweisenden Oberfläche.

Wie sich das auswirkt, ist mit bloßem Auge gut zu sehen: Lässt ein Kind aus der Pipette einen Wassertropfen auf einen wasserfreundlichen Untergrund fallen, breitet sich der Tropfen wie eine kleine Pfütze aus. Trifft ein Tropfen aber einen wasserabweisenden Grund, wird er nur kurz flach gedrückt, um sich bald ganz rund zu machen. Der Tropfen rollt dann als Wasserkugel über die Fläche.

Eines der Kinder meint: „Das ist wie bei meiner Lotuspflanze zu Hause. Da perlt das Wasser genauso ab.“ Um das Ganze noch genauer sehen zu können, spannt Laurent Helden ein hydrophob beschichtetes Glasplättchen in eine vorbereitete Apparatur.

Eine Spezialkamera, die sage und schreibe 500 Aufnahmen pro Sekunde schießen kann, wird die fallenden Tropfen bei ihrem Aufprall Bild für Bild ablichten. Besonders spannend ist es zu beobachten, wenn die Anziehung zwischen zwei Wassertropfen mit der Schwerkraft kämpft.

Da kann es passieren, dass ein Wassertropfen aufs Glas trifft, erst ganz breit, dann kugelförmig wird. Und kurz vor dem Herunterfallen wird er von einem weiter oben liegenden Wassertropfen regelrecht eingefangen. Auf den Fotos der Kamera erkennt man das ganz prima.

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