Arbeitsblatt: Wasser erforschen

Was bedeutet „70 Prozent Luftfeuchtigkeit? An einem heissen, schwülen Sommertag sagt mancher: „Mich quält nicht die Hitze, es ist die Feuchtigkeit. „Was bedeutet das? Als Feuchtigkeit wir der Gehalt (Inhalt) an Wasserdampf in der Luft bezeichnet. Wenn viel Wasserdampf in der Luft ist, sagen wir, dass die Luftfeuchtigkeit hoch ist. Ist die Luft trocken, sagen wir, dass Feuchtigkeit sei gering. Wir fühlen uns nicht wohl, wenn die Feuchtigkeit zu hoch ist. Aus den Poren unserer Haut kann nur wenig Wasser verdampfen, weil zuviel Wasser bereits in der Luft ist. Nenne ein paar Länder wo die Luft immer feucht ist. Es sind Länder wo es viel regnet. Wenn jetzt die Luftfeuchtigkeit 70% beträgt, bedeutet das, dass die Luft sieben Zehntel derjenigen Wassermenge enthält, die sie überhaupt aufnehmen kann. Wenn die Luft die gesamt Wassermenge enthält, die sie überhaupt aufnehmen kann, sagen wir, sie ist gesättigt. Beträgt die Luftfeuchtigkeit mehr als 100%, beginnt es zu regnen. Warme Luft kann mehr Wasser aufnehmen als kalte Luft. Wenn warme feuchte Luft abgekühlt wird, gibt sie einen Teil ihres Wassers ab. Das können wir im Sommer beobachten: Nach Sonnenuntergang kühlt sich das Gras ab. Die Luft kommt mit dem kühlen Gras in Berührung und auch sie kühlt sich ab. Der Wasserdampf in der Luft kondensiert und wird zu Tautropfen an den Pflanzen. Wo erkennst du in der Natur dieses Kondensieren noch? Wie überführte Archimedes einen Goldschmied des Betrugs? Eine Legende erzählt, dass der König Hieron II. von Syrakus (275 bis 215 v. Chr.) sich eine zweite Krone anfertigen liess, aber den Verdacht hegte, dass der Goldschmied dafür kein reines Gold verwendet, sondern es mit Silber vermischt hatte. Gold ist teurer als Silber und so fürchtete der König, er sei betrogen worden. Er forderte Archimedes auf, ihm zu sagen, ob die Krone wirklich aus reinem Gold sei. Archimedes wusste, dass Silber weniger wiegt als Gold; und er fand, dass die neue Krone ebensoviel wog wie die erste, die gleich gross zu sein schien. Aber er konnte nichtsicher sein, dass die Kronen wirklich gleich grosse waren. Sie waren beide überaus kunstvoll, aber sehr unterschiedlich in der Form gearbeitet. Es war nicht möglich, ihre Grösse genau auszumessen. Archimedes musste einen Weg finden, die Kronen auszumessen. Wenn in der neuen Krone auch Silber enthalten war, musste sie grösser sein als die Krone aus reinem Gold; denn sie wog gleich viel wie diese. Während Archimedes sich aufmachte, um in einer Badeanstalt ein Wannenbad zu nehmen, dachte er über dieses Problem nach. Im Bad angekommen, stieg er in die Wanne, die ganz voll Wasser war. Er beobachtete nun, wie Wasser 1 überlief, als er in die Wanne steig. Bei diesem Anblick kam ihm die Idee, wie des Königs Problem zu lösen war. Archimedes war ausser sich vor Freude darüber, dass er die Lösung gefunden hatte. Er sprang aus der Wanne, rannte nackt, wie er war, durch die Strassen und schrie vergnügt: „Heureka! Heureka!, das heisst: ich habs gefunden! Archimedes bat den König, die zwei Kronen herbei holen zu lassen, dazu zwei Schüsseln von genau gleicher Grösse, doch gross genug, dass die Kronen hinein passten und ausserdem bat er um zwei grössere Schüsseln. Archimedes erhielt, was er gewünscht hatte. Er setzte je eine der kleineren Schüsseln in eine der grösseren. Er füllte die kleinen Schüsseln bis an den Rand mit Wasser und legte in jede eine Krone. Über die Ränder der beiden Schüsseln floss Wasser in die grossen Schüsseln. Archimedes mass die beiden Wassermengen, die über den Rand geflossen waren, sehr sorgfältig und er fand, dass mehr Wasser aus jener Schüssel geflossen war, in der die neue Krone sich befand. Das bedeutete, dass die neue Krone grösser war als die andere; sie musste leichteres Metall enthalten und konnte nicht aus purem Gold sein wie die andere Krone. Der König hatte recht gehabt; der Goldschmied hatte ihn betrogen. Archimedisches Prinzip Warum schwimmt ein Schiff? Was wird gebraucht? • Schale mit Wasser • Münze • Alufolie Was ist zu tun? Man baue aus der Alufolie ein kleines Schiff und lege die Münze darauf. Obwohl die Münze ohne die Alufolie untergehen würde, schwimmt sie auf dem Aluboot. 2 Was ist geschehen? Nach dem Prinip des Archimedes muss eine Münze mit einem Gewicht von beispielsweise zehn Gramm mehr als zehn Gramm Wasser verdrängen, damit sie schwimmt. Das Aluboot hilft der Münze dabei dies zu erreichen. Der Auftrieb oder die so genannte Auftriebskraft ist dann grösser als die Gewichtskraft der Münze (und des Aluminiums). Dieses Phänomen im Alltag Ein 100 Tonnen schweres Schiff schwimmt nach dem Prinzip des Archimedes also dann, wenn es mehr als 100 Tonnen Wasser verdrängt. Darauf beruht beispielsweise auch der folgende Effekt: Ein Liter Salzwasser ist schwerer als ein Liter Süsswasser. Fährt ein Schiff von der Nordsee in die Elbe ein, so hat es plötzlich mehr Tiefgang, denn das Schiff muss dort mehr Wasser verdrängen, damit es schwimmt. Man könnte auch sagen, dass Süsswasser eine geringere Dichte als Salzwasser hat. Unter der Dichte eines Körpers versteht man dabei die Masse eines Körpers in einem bestimmten Volumen. Hat ein Körper eine geringere Dichte als das umgebende Medium, so erfährt er einen Auftrieb und schwimmt. Hat ein Gegenstand eine geringere Dichte, so geht er unter. Ein Schwebezustand tritt dann ein, wenn ein Körper genau dieselbe Dichte besitzt. Dies demonstriert auch gut der physikalische Miniversuch mit den drei Eiern. Physikalischer Miniversuch Ein weiterer Versuch, der das Prinzip des Archimedes gut verdeutlicht, ist das Experiment Ein schwebendes Ei. Man nimmt dazu ein Glas, legt ein Ei hinein und fülle das Glas mit Wasser auf. In ein zweites Glas gebe man Wasser und ein paar Esslöffel Salz. Ziel ist es, nach und nach soviel Salz in das Wasser zu geben und dadurch dessen Dichte soweit zu erhöhen, dass ein Ei zunächst schwebt und wennn man möchte schliesslich auch schwimmt. Auf dem Foto ist zu sehen, wie das Ganze am Schluss aussieht. Im ersten Fall ohne Salz ist die Auftriebskraft kleiner als die Gewichtskraft. Im zweiten Fall ist die Auftriebskraft genau gleich der Gewichtskraft man hat ein schwebendes Ei und im dritten Fall ist die Auftriebskraft grösser als die Gewichtskraft. 3