Arbeitsblatt: Luft

PH S200 Katja Voinova Luft Wir alle kennen Luft. Ohne sie könnten wir alle keine Minute leben. Doch was ist die Luft eigentlich? Wir können sie nicht sehen, riechen oder halten. Nachdem du diese Aufgabe bearbeitet hast, wirst du viel Neues über die Luft erfahren. Diese Lernaufgabe sollst du zusammen mit einem Arbeitspartner bearbeiten. Die Idee ist, dass ihr die Aufgaben gemeinsam besprechen und eure Gedanken austauschen könnt. Aufgabe 1: Starke Luft Material: Seite einer Zeitung, dünne Holzleiste Leg die Holzleiste auf den Tisch, so dass ein bisschen mehr als die Hälfte auf dem Tisch liegt und der Rest über die Tischkante ragt. Lege die Zeitung auf den Tisch über die Leiste und streiche sie glatt damit sich keine Luft mehr darunter befindet. Gleich musst du kurz und kräftig auf den freien Teil der Leiste schlagen, doch bevor du das tust, überleg dir was passieren wird und schreibe deine Vermutung hier auf: Führe den Versuch nun durch. War deine Vermutung richtig? Überlege dir was genau passiert ist und versuche es gemeinsam mit deinem Partner zu begründen. Aufgabe 2: Glas leeren Material: Glasschüssel und Glas Fülle die Schüssel mit Wasser. Halte das Glas in die Schüssel, so dass es sich mit PH S200 Katja Voinova Wasser füllen kann. Wenn es voll ist stellst du es auf dem Boden der Schüssel ab. Deine Aufgabe ist es nun das Wasser aus dem Glas herauszubringen, ohne es dabei aus der Schüssel zu nehmen. Macht euch zuerst Gedanken zum Vorgehen und macht Notizen. Erstellt falls möglich eine Skizze. Falls ihr weitere Materialien benötigt, könnt ihr sie bei der Lehrperson holen. Wenn ihr nicht weiterkommt, könnt ihr eure Ideen mit anderen Gruppen in einem stillen Dialog austauschen und versuchen zu viert einen Weg zu finden die Aufgabe zu lösen. Nehmt dazu ein liniertes Blatt Papier und benutzt unterschiedliche Farben. Wenn ihr eine Lösung gefunden habt die funktioniert, formuliert einen Merksatz: Aufgabe 3: Kalte Luft, warme Luft Material: verschliessbare Plastikflasche, Glasflasche, heisses Wasser, kalte Glasflasche aus dem Gefrierfach, Eiswürfeln, Schüsseln, Luftballons a) Fülle heisses Wasser in eine Plastikflasche und kippe es nach einigen Sekunden wieder aus. Verschliesse die Flasche. Halte die Flasche in kaltes Wasser. Was passiert? PH S200 Katja Voinova Deine Aufgabe ist es nun, mit Hilfe der vorherigen Beobachtungen, einen Luftballon in die Flasche hineinzubringen. (Du darfst ihn nicht einfach reinstecken). Macht euch wieder zuerst Gedanken zum Vorgang und macht dazu Notizen. Arbeite mit den Glasflaschen. Wenn ihr nicht weiterkommt, könnt ihr eure Ideen mit anderen Gruppen in einem stillen Dialog austauschen und versuchen zu viert einen Weg zu finden die Aufgabe zu lösen. Nehmt dazu ein liniertes Blatt Papier und benutzt unterschiedliche Farben. Wenn ihr eine Lösung gefunden habt die funktioniert, formuliert einen Merksatz: b) Jetzt musst du versuchen, den Ballon nur mit Hilfe der obengenannten Hilfsmittel aufzublasen. Formuliert wieder eine Vermutung und probiert sie aus. Macht auch hier wieder eine Zeichnung, die ihr auch beschriftet. Formuliert auch hier wieder einen Merksatz: PH S200 Katja Voinova Lösungen Aufgabe 1: Wenn man richtig draufschlägt, wird die Leiste zerbrechen da sie von der Zeitung festgehalten wird. Es genügt auch so auf die Leiste zu schlagen, dass sie nicht zerbricht um den Luftwiderstand trotzdem zu spüren. Wie jeder andere Körper auch, hat die Luft eine Masse. Wäre dem nicht so, würde sie nicht von der Erdanziehung gehalten werden, sondern im Weltall verschwinden. Diese Masse drückt „Luftdruck) auf die Erde bzw. auf uns und zwar so fest, dass das einem Kilogramm pro Quadratzentimeter Fläche entspricht. Wir nehmen das nur deshalb nicht wahr, weil wir – und alle anderen Lebewesen auch – uns daran gewöhnt haben. Eine Zeitungsseite kann leicht einige tausend Quadratzentimeter Fläche aufweisen, entsprechend hoch ist der Druck, den die Luft darauf ausübt. Da wir die Zeitung glattgestrichen haben, befindet sich die Luft nur noch über, aber nicht mehr unter der Zeitungsseite, womit der (Luft)Druck lediglich von oben ausgeübt wird. Schlägt man nun schnell genug auf die Leiste, drücken Zeitung (leicht!) und Luft (schwer!) gemeinsam die Leiste nach unten, als hätte man einen Amboss daraufgestellt. Die Masse der Zeitung ist allerdings viel zu gering, um eine entscheidende Rolle zu spielen. Das Entscheidende ist die Masse der Luft. (Das kannst du testen, indem du die Zeitung zusammengefaltet oder zerknüllt auf das Brett legst und dann darauf schlägst.) Schlägt man zu vorsichtig, dann gelangt auch unter die Zeitung etwas Luft und hebt den Effekt auf, denn dann herrscht unter wie über der Zeitung der gleiche Luftdruck. Jetzt drückt nur noch die Masse der Zeitung, die natürlich viel zu klein ist, die Leiste zu halten. Aufgabe 2: Unter das mit Wasser gefüllte Glas wird ein Strohhalm geschoben. Danach bläst man Luft ins Glas rein. Man kann von aussen zusehen, wie die Luft das Wasser im Glas verdrängt. Es wirken hier zwei Kräfte, die Erdanziehung und der Auftrieb. Der Auftrieb wirkt der Erdanziehung genau entgegen. Luft und Wasser werden beide von der Erde angezogen. Da aber Luft leichter als Wasser ist, erfährt sie im Wasser einen Auftrieb, eine Kraft, die in diesem Fall stärker auf die Luft einwirkt als die Erdanziehung. Somit bewegt sich Luft innerhalb des Wassers nicht nach unten (zur Erde) und fällt wieder aus dem Glas heraus, sondern blubbert innerhalb des Glases nach oben. Dadurch kann sich das Glas mit Luft füllen. Die hinein gepustete Luft drückt das Wasser nach unten aus dem Glas, bis sich nur noch Luft und kein Wasser mehr darin befindet. Denn im Glas ist kein Platz für beides: Das Glas kann nicht voll Wasser und gleichzeitig voll Luft sein! Aufgabe 3: a) Die Plastikflasche wird zusammengedrückt, da die kalte Luft im Inneren weniger Platz braucht. Der Ballon wird über die warme Glasflasche gestülpt und die Flasche stellt man in PH S200 Katja Voinova eine Schüssel mit kaltem Wasser. Die Luft kühlt sich ab und zieht den Ballon mit einem lauten „Plopp in die Flasche hinein. b) Man stülpt einen Ballon auf die eiskalte Flasche und stellt diese in eine Schüssel mit heissem Wasser. Die Luft in der Flasche wird erwärmt und dehnt sich aus. Dadurch wird der Luftballon langsam aufgeblasen. Kühlt sich warme Luft in der verschlossenen Flasche ab, haben wir schließlich in der Flasche Luft derselben Temperatur wie außerhalb der Flasche. Jedoch ist nun viel zu wenig Luft in der Flasche. Diese übt daher auch keinen so großen Luftdruck von innen her aus wie die Luft von außen, was dazu führt, dass die Flasche durch den äußeren Luftdruck zusammengedrückt wird. Stellt man sich Luftdruck als ein ständiges „Trommelfeuer der Luftteilchen auf die Flasche – von innen und außen – vor, so trommeln hier zur gleichen Zeit weniger Luftteilchen von innen als von außen. Das Gleichgewicht der Kräfte ist aufgehoben. Und genau wie beim vorigen Experiment drückt nun die Luft von außen mit einer Kraft, die einem Kilogramm pro Quadratzentimeter entspricht. Von innen her ist es etwas weniger. Da das Plastikmaterial nachgeben kann, schrumpft die Flasche zusammen. Die Glasflasche ändert ihre Form nicht, da sie eine höhere Stabilität aufweist. Um einmal abzuschätzen, wie viel Kraft die Luft hier hat, kann man versuchen, die gleiche Plastikflasche nur mit der Hand zu zerdrücken. Erklärungen aus www.informatikjahr.de/fileadmin/content/.INF/Kontexis-AH206.pdf