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Der Wasserglas-Trick

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Der Wasserglas-Trick
Kerze Wasser.jpg

Kerze in eingefärbtem Wasser mit Glas

Kurzbeschreibung
Wird das Glas über die Kerze gestülpt, steigt das Wasser im Gefäß an.
Kategorien
Unterrichtsmaterialien, Thermodynamik
Einordnung in den Lehrplan
Geeignet für: alle Stufen
Sonstiges
Durchführungsform Gruppenexperiment
Anzahl Experimente in dieser Unterkategorie 2
Anspruch des Aufbaus leicht
Informationen
Name: F. Boczianowski, L. Pyras
Kontakt: @
Uni: Humboldt-Universität zu Berlin
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Folgendes Experiment ist vermutlich das „Standard-Experiment“ in Kindergarten und Grundschule, weil die Durchführung und Beobachtung einfach sind. Betrachtet man das Experiment im Detail, wird wird jedoch die Komplexität des Experimentieren in der Physik deutlich. Das Experiment: Ein in einer Pfütze schwimmendes Teelicht wird mit einem Wasserglas überstülpt. Zu beobachten ist zweierlei: Die Kerze erlischt und der Wasserstand steigt. Als Erklärung ist oft zu hören, dass die Kerze die Luft verbraucht/vernichtet und das Volumen deshalb abnimmt, siehe z.B. https://www.youtube.com/watch?v=lSh_rbzBGE8 (von 0:51 bis 1:37).

Didaktische Anmerkung

Dieses Experiment adressiert die im Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung|Experimentieren die Hypothesenfindung und die Schlussfolgerung im Zyklus des hypothesengeleiteten Experimentierens. Das Experiment ist für alle Altersstufen bis ins erste Semester des Studiums geeignet, da fachliches Wissen eine untergeordnete Rolle spielt. Die Schwierigkeit liegt vielmehr darin, umfangreiches Vorwissen, z.B. zu Verbrennungsprozessen, zurückzustellen und ausschließlich auf die Beweiskraft des Experimentes zu fokusieren. Die historische Entwicklung des Experiments ist in F. Vera und R. Rivera (2011) [1] zu finden. (Ein Klassiker zur Physik der Kerze: Naturgeschichte einer Kerze von Michael Faraday (1861) [2], Neuauflage 2016, https://de.wikipedia.org/wiki/Naturgeschichte_einer_Kerze.)

Geräte

Für 23 Gruppen.

  • 23 Wassergläser schmal und hoch
  • 50 Teelichter
  • 23 Kunststoffteller (Einweggeschirr tiefe Teller)
  • 23 Feuerzeuge
  • 2 Stk. Gasbrenner
  • 2 Stk. Heißluftgebläse (500°C)
  • 2 Stk. Haarfön
  • 23 Edelstahlputzschwämme
  • Tiegelzange / Zange / Grillzange
  • Eiswürfel

Aufgabenstellung

Für den Kindergarten gibt es das „Standard-Experiment“: Ein in einer Pfütze schwimmendes Teelicht wird mit einem Wasserglas überstülpt. Zu beobachten ist zweierlei: Die Kerze erlischt und der Wasserstand steigt. Als Erklärung ist oft zu hören, dass die Kerze die Luft verbaucht und das Volumen deshalb abnimmt, siehe z.B. https://www.youtube.com/watch?v=lSh_rbzBGE8(von 0:51 bis 1:37)

  1. Bewerten Sie den Wasserglas-Trick. Fixieren Sie jeden dabei jeden Aufgabenschritt schriftlich:
    a.Halten Sie die Schlussfolgerung „Ein Teil der Luft wird von der Kerze verbraucht/vernichtet“ für korrekt?
    b. Welche übergeordnete Fragestellung wird mit dem Experiment untersucht (sog. Forschungsfrage)?
    c. Welche Hypothese wurde ungenannt untersucht?
    d. Welche Beobachtungen werden von den Experimentatoren herangezogen?
    e. Welcher Schluss wurde gezogen und ist dieser logisch korrekt?
  2. Replizieren Sie das Experiment (schriftlich):
    a. Welche Frage stellt sich Ihnen als Physikerin bzw. Physiker, wenn Sie den Teelicht-Trick sehen?
    b. Können Sie eine Hypothese formulieren (z. B. "Je ..., desto ...") oder möchten Sie durch die Replikation eine gewinnen?
    c. Führen Sie den Wasserglas-Trick erneut durch und dokumentieren Sie ihre Beobachtungen.
    d. Ziehen Sie einen Schluss. Stützt dieser Ihre Hypothese, bzw. welche Hypothese lässt sich nun aufstellen?
  3. Variation des Experiments. Verfolgen Sie folgende Fragestellung: Der chemische Verbrennungsprozess ist für den Wasserglastrick nicht bedeutsam, sondern es handelt sich um einen thermodynamischen Effekt. Prüfen Sie experimentell folgende Hypothese: "Der Wasserspiegel steigt im Glas ohne Präsenz einer Flamme einzig durch Abkühlung der Luft."
    a. Planen Sie ein Experiment und führen Sie es durch. Verfügbare Materialien sind zusätzlich Brenner, Heißluftfön, Stövchen, Stahlwolle sowie weitere auf Anfrage. Schießen Sie ein Foto ihres Aufbaus.
    b. Schießen Sie ein Foto ihres Experimentierergebnisses.
    c. Formulieren Sie eine Schlussfolgerung mit Bezug zur Hypothese.

Bilder

Video

Literatur

  1. F. Vera und R. Rivera (2011): Burning a Candle in a Vessel, a Simple Experiment with a Long History. In Science & Education, September 2011, Volume 20, Issue 9, S. 881–893
  2. M. Faraday (1861): A Course of Six Lectures on the Chemical History of a Candle: To Which is Added a Lecture on Platinum. Harper & Brothers, New York