====== Schwimmen und Sinken ====== ===== Experiment: Was kann schwimmen? ===== ==== Material ==== * Ast * Bauklotz aus Holz * Murmel * Radiergummi * Schraube oder Nagel * Münze (verschiedene Größen) * Korken * Styropor * Steine (verschiedene Größen) * große Wanne * Wasser ==== Durchführung ==== {{:b45d0af1-e775-47a1-923e-349a8b577dbf.jpeg?50|}} Bedenke beim Experimentieren die Regeln und die Schritte des [[:allgemeines|Forscherkreislaufs]]. - Fülle die Wanne halbvoll mit Wasser. - Lege die Materialien nacheinander auf das Wasser und beobachte, ob sie schwimmen oder sinken. ==== Beobachtung === ++++Wenn du hier klickst, kannst du die Beobachtung lesen.| ^Material ^ Bild ^ schwimmt oder schwimmt nicht ^ | Eisennagel | {{ :wasser:5fb979a3-8721-4e06-94b8-c7069f2bc22a.jpeg?200 |}} | schwimmt nicht | | Münze klein | {{ :wasser:6d6ce77c-5d18-43ca-ab46-cb8a965df968.jpeg?200 |}} | schwimmt nicht | | Münze groß | {{ :wasser:ce5a878c-3283-4df2-8ff6-dda72486ced0.jpeg?200 |}} | schwimmt nicht | | Holzspan | {{ :wasser:41a539e5-9da5-4780-a633-95a561afd0bb.jpeg?200 |}} | schwimmt | | Holzklotz | {{ :wasser:3dca9342-80d4-4de4-a128-8948a53fbba6.jpeg?200 |}} | schwimmt | | Styropor | {{ :wasser:74c27e95-3e30-4042-bb09-28587505021a.jpeg?200 |}} | schwimmt | | Radiergummi | {{ :wasser:594a3dd6-218b-40af-a352-9f4d780ea846.jpeg?200 |}} | schwimmt nicht | | Glasmurmel | {{ :wasser:e91f2b08-c4ef-446f-a946-a551957ac7c0.jpeg?200 |}} | schwimmt nicht | | Korken | {{:wasser:5500df97-3ad1-4f8c-a048-e7f8caff9879.jpeg?200 |}} | schwimmt | | kleiner Stein | {{ :wasser:c1666be0-4ea5-4651-8300-3b60941f830b.jpeg?200 |}} | schwimmt nicht | | großer Stein | {{ :wasser:239053d1-f3f6-41b0-b322-1a557d5153d0.jpeg?200 |}} | schwimmt nicht | | Kugel aus Knete | {{ :wasser:9abd29e9-8953-4d14-a114-d061e935eb70.jpeg?200 |}} | schwimmt nicht | Einige der Materialien schwimmen, andere Materialien sinken. ++++ ==== Erklärung ==== ++++Hier findest du die Erklärung zum Experiment.| ### In diesem Experiment wurden nur Gegenstände verwendet, die Vollkörper sind. Das heißt, sie bestehen aus nur einem Material und haben keine Hohlräume, in denen sich Wasser oder Luft sammeln kann. Ob ein **Vollkörper** schwimmen kann, hängt zunächst von seinem Material ab. Bei Vollkörpern ist die Größe, die Farbe, die Form und das Gewicht des Gegenstandes egal. Wie du beobachten konntest, schwimmen sowohl der Holzspan als auch der Würfel aus Holz. Holz ist ein Material, das schwimmen kann. Der kleine Stein und der große Stein sinken. Stein ist ein Material, das nicht schwimmen kann. Viele Gegenstände aus Metall, wie z. B. der Nagel und die Münze, schwimmen nicht. So können sowohl kleine und große Gegenstände, sowie leichte und schwere Gegenstände schwimmen oder sinken. Das Experiment zeigt dir, dass es Vollkörper gibt, die schwimmen, und dass es Vollkörper gibt, die nicht schwimmen. ### **Wie kann es sein, dass manche Vollkörper schwimmen und andere sinken?** ### Vergleichst du Vollkörper aus verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Holz, Eisen, Korken, Stein und Styropor, kommt es auf das Material an, ob die Vollkörper schwimmen. Warum ist das so? Dazu kannst du gleich große Würfel, die aus diesen Materialien bestehen, vergleichen. Die gleich großen Würfel können unterschiedlich schwer sein. Dies ist abhängig vom Material, aus dem sie bestehen. So ist ein Würfel aus Styropor, der genauso groß ist wie ein Würfel aus Eisen, leichter. Du kannst dir einen genauso großen Würfel vorstellen, der aus Wasser besteht. Die Würfel aus den Materialien können nun schwerer oder leichter sein als ein gleich großer Würfel aus Wasser. Wiegt das Material bei gleicher Größe weniger als Wasser, schwimmt es in Wasser. Wiegt das Material bei gleicher Größe mehr als Wasser, sinkt es in Wasser. Das erkennst du, wenn du die Würfel vergleichst. Der Würfel Wasser wiegt beispielsweise 1 g. Ein gleich großer Würfel aus Eisen wiegt 7,8 g und ein gleich großer Würfel aus Styropor wiegt 0,05 g. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen sprechen von der Dichte von Gegenständen. Ist die Dichte des Gegenstandes größer als die Dichte des Wassers, sinkt er. Ist die Dichte kleiner, schwimmt der Gegenstand. Die **Dichte** beschreibt, ob Vollkörper bei gleicher Größer leichter oder schwerer sind. Gleich große Würfel können nicht nur unterschiedlich schwer sein. Betrachtet man es andersherum, so sind beispielsweise 100 g aus den unterschiedlichen Materialien auch nicht gleich groß. 100 g Styropor sind größer als 100 g Eisen. {{ :wasser:7b13d637-01a9-4a3d-aff9-236b9193cd8d.jpeg?500 |}} ### ++++ ☞ **Weiterführende Idee:** Du kannst auch noch weitere Gegenstände suchen. Probiere aus, ob Gegenstände aus dem gleichen Material sinken oder schwimmen, wenn sie unterschiedlich groß, schwer oder farbig sind. ### **Ob ein Vollkörper schwimmen kann, hängt zunächst von seinem Material ab.** Wiegt das Material bei gleicher Größe weniger als Wasser, schwimmt es in Wasser. Wiegt das Material bei gleicher Größer mehr als Wasser, sinkt es in Wasser. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen sprechen von der **Dichte** von Gegenständen. Die Dichte ist eine Eigenschaft des Materials, die den Zusammenhang von Gewicht und Größe beschreibt. Ist die Dichte des Gegenstand größer als die Dichte des Wassers, sinkt er. Ist die Dichte kleiner, schwimmt er. Die Dichte beschreibt, ob Vollkörper aus einem Material bei gleicher Größer leichter oder schwerer sind. ### **Jetzt bist du dran.**\\ Ordne [[https://learningapps.org/watch?v=phq8qnett22|hier ]]zu, ob die Gegenstände schwimmen oder sinken. ### **Wusstest du**, dass viele Menschen denken, dass alle Gegenstände, in denen Luft eingeschlossen ist, schwimmen können? \\ \\ **Das ist so nicht richtig.** Es gibt nicht nur Vollkörper, sondern es gibt auch Gegenstände, in die Luft eingeschlossen ist. Auch hier gilt, dass sie schwimmen, wenn sie bei gleicher Größe weniger wiegen als Wasser. Ein Beispiel hierfür ist die Luftmatratze. Die Luft führt dazu, dass die Matratze und die Luft in ihr bei gleicher Größe wie Wasser weniger wiegen als Wasser. Jedoch schwimmen nicht alle Gegenstände, in denen Luft eingeschlossen ist. Beispielsweise sinkt eine verschlossene Keksdose aus Porzellan. ### ===== Experimente: Warum kann ein Schiff aus Eisen schwimmen, während ein Würfel aus Eisen sinkt?===== ☞ **Tipp**: Die folgenden beiden Experimente helfen dir, die Frage zu beantworten. Deswegen solltest du erst Experiment 1 und dann Experiment 2 bearbeiten. ===== Experiment 1: Verdrängtes Wasser ===== ==== Material ==== * ein großer Plastikbehälter z. B. eine leere Eiscremeverpackung * eine Küchenwaage * eine Schüssel * ein Strohhalm * 3 kleine Plastikflaschen gleicher Größe * eine Schere * Wasser * Gewichte (Murmeln oder ähnliches) ==== Durchführung ==== {{:b45d0af1-e775-47a1-923e-349a8b577dbf.jpeg?50|}} Bedenke beim Experimentieren die Regeln und die Schritte des [[:allgemeines|Forscherkreislaufs]]. {{ :wasser:da9fc811-bf2d-48dd-ab0e-b47f9a19b8dc.jpeg?200|}} - Stelle ein Überlaufgefäß her. Dafür bohrst du mit der Spitze der Schere ein rundes Loch in das Plastikgefäß. Schneide ein 2cm langes Stück Strohhalm ab. Dieses steckst du in das Loch. Unter das Ende des Strohhalms stellst du ein weiteres Gefäß z. B. eine Schüssel. - Fülle das Gefäß mit Wasser, bis aus dem Strohhalm Wasser ausläuft. Warte bis kein Wasser mehr ausläuft. Leere das kleinere Gefäß und stelle es anschließend wieder darunter. - Fülle drei **gleichgroße** Flaschen mit unterschiedlich viel Wasser. Eine Flasche (Flasche A) füllst du randvoll mit Wasser und legst zusätzlich 10 Murmeln hinein. Die zweite Flasche (Flasche B) füllst du etwas mehr als halbvoll mit Wasser und die dritte (Flasche C) nur noch etwa zu einem Viertel voll. Wiege jede Flasche und notiere dir die Gewichte in einer Tabelle. - Senke Flasche A vorsichtig in das volle Gefäß. Sammle das Wasser, welches überläuft, in einer Schüssel. Wiege das Wasser in der Schüssel. Dafür musst du vorher einmal die leere Schüssel wiegen und die Waage dann auf Null stellen. - Wiederhole den Vorgang mit allen drei Flaschen. - Notiere deine Ergebnisse in der Tabelle. Was fällt dir auf? {{ :wasser:8d99a894-187f-4be1-87ef-483447269f9a.jpeg?200|}} ^ Gewicht der Flasche ^ Gewicht des übergelaufenen Wassers ^ Schwimmt oder sinkt? ^ | A = | | | | B = | | | | C = | | | ==== Beobachtung ==== ++++Wenn du hier klickst, kannst du die Beobachtung lesen.| ### Wenn eine Flasche so viel Wasser aus dem Gefäß verdrängt, wie sie selbst wiegt, dann schwimmt sie. Flasche A, die vollständig mit Wasser und 10 Murmeln gefüllt ist, sinkt. Sie verdrängt weniger Wasser als sie wiegt. Die Flaschen B (mehr als die Hälfte mit Wasser gefüllt) und C (zu einem Viertel mit Wasser gefüllt) schwimmen. Flasche C sinkt weniger tief in das Wasser ein als Flasche B. Je tiefer die Flaschen eintauchen, desto mehr Wasser verdrängen sie. ### ++++ ==== Erklärung ==== ++++Hier findest du die Erklärung zum Experiment.| ### Wenn man Gegenstände in Wasser eintaucht, verdrängen die Gegenstände Wasser. Das hast du auch sicherlich schon mal in deinem Alltag beobachtet. Liegst du in der Badewanne, so verdrängt auch dein Körper Wasser und der Wasserstand steigt an. In dem Experiment verdrängen die Flaschen Wasser. Befindet sich ein Gegenstand in Wasser, so wird er durch das Wasser nach oben gedrückt. Da die Flaschen Wasser verdrängen, werden sie von dem Wasser nach oben gedrückt. Das kannst du spüren, wenn du versuchst die Flaschen unter Wasser zu drücken. Du spürst einen Gegendruck. Je mehr von der Flasche eintaucht, desto mehr Wasser verdrängt sie. Flasche B taucht tiefer ein als Flasche C, sodass mehr Wasser verdrängt wird und überläuft. Flasche A verdrängt am meisten Wasser. Je mehr Wasser die Flaschen so verdrängen, desto stärker werden die Flaschen durch das Wasser nach oben gedrückt. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen sagen, dass der Gegenstand im Wasser einen **Auftrieb** erfährt. Alle 3 Flaschen erfahren einen Auftrieb, da sie Wasser verdrängen. ### ### Nun ist es entscheidend, das Gewicht des verdrängten (aufgefangenen) Wassers mit dem Gewicht der Flaschen zu vergleichen. Ist das Gewicht des verdrängten Wassers gleich wie das Gewicht der Flasche, schwimmt die Flasche im Wasser. Ist das Gewicht des verdrängten Wassers niedriger als das Gewicht der Flasche, sinkt die Flasche im Wasser. ### ### Warum ist bei Flasche A der Auftrieb nicht stark genug? Die Flaschen werden nicht nur von dem Wasser nach oben gedrückt, sondern auch von der Erde angezogen. Die **Erdanziehungskraft** ist der Grund, warum Gegenstände nach unten gezogen werden. So werden auch in diesem Experiment die Flaschen nach unten gezogen. Dabei wird die Flasche mit dem größten Gewicht am stärksten von der Erde angezogen. Je schwerer eine Flasche ist, desto mehr Wasser muss sie verdrängen, um schwimmen zu können. ### ### Um Aussagen darüber treffen zu können, ob ein Gegenstand schwimmt, muss man den **Auftrieb** im Wasser und die **Erdanziehungskraft** vergleichen. Wie du beobachten konntest, schwimmen nicht alle Flaschen. Flasche A sinkt. Flasche B und C schwimmen. Ist das Drücken des Wassers, also die Auftriebskraft, kleiner als die Anziehung von der Erde, sinkt der Gegenstand. Das ist dann der Fall, wenn das Gewicht des verdrängten Wassers niedriger ist als das Gewicht der Flasche. Ist das Drücken des Wassers, also die Auftriebskraft, gleich groß wie Anziehung von der Erde, schwimmt der Gegenstand. Das ist dann der Fall, wenn das Gewicht des verdrängten Wassers gleich wie das Gewicht der Flasche ist. Ohne Auftriebskraft im Wasser, würden alle Gegenstände zu Boden sinken. Der Auftrieb im Wasser wirkt der Anziehung der Erde entgegen. {{ :wasser:b951fb35-2173-49a4-b02c-a7e2ae7ae794.jpeg?400 |}} ### ### ☞ **Für die, die es ganz genau wissen wollen:** Bisher ging es um Gegenstände, die man auf das Wasser legt. Was passiert aber, wenn man einen Gegenstand vollständig in Wasser eintaucht? Ein voll eingetauchter Gegenstand steigt nach oben, wenn die Auftriebskraft des Wassers größer ist als die Anziehung der Erde. Tauche dazu die Flaschen vollständig unter Wasser und schau was passiert. Ist der Gegenstand an der Wasseroberfläche angekommen, ist die Auftriebskraft des Wassers gleich groß wie die Anziehung der Erde. ### ++++ ### Ist ein Gegenstand im Wasser, erfährt er einen **Auftrieb**. Das heißt der Gegenstand wird von dem Wasser nach oben gedrückt. Dabei gilt: Je mehr von dem Gegenstand eintaucht, desto mehr Wasser wird verdrängt. Je mehr Wasser verdrängt wird, desto stärker werden Gegenstände durch das Wasser nach oben gedrückt. Aufgrund der **Erdanziehung** wird der Gegenstand auch nach unten gezogen. Um Aussagen darüber treffen zu können, ob ein Gegenstand schwimmt, muss man den Auftrieb und die Erdanziehungskraft vergleichen. ### ### Ist das Drücken des Wassers, also die Auftriebskraft, kleiner als die Anziehung von der Erde, sinkt der Gegenstand. Das ist dann der Fall, wenn das Gewicht des verdrängten Wassers niedriger ist als das Gewicht des Gegenstandes. Ist das Drücken des Wassers, also die Auftriebskraft, gleich groß wie die Anziehung der Erde, schwimmt der Gegenstand. Das ist dann der Fall, wenn das Gewicht des verdrängten Wassers gleich wie das Gewicht des Gegenstandes ist. Ohne Auftriebskraft im Wasser, würden alle Gegenstände zu Boden sinken. Der Auftrieb im Wasser wirkt der Anziehung der Erde entgegen. ### **Warum kannst du im Wasser einen Erwachsenen tragen?** ++++ Antwort| ### Es fühlt sich im Wasser so an, als wäre die andere Person leichter. Das Gewicht der Person verändert sich aber nicht. Auch wir Menschen werden von der Erde angezogen. Deshalb stehen wir auf dem Boden und schweben nicht in der Luft. Da man selbst Wasser verdrängt, erfährt man im Wasser einen Auftrieb. Das Wasser drückt den Menschen nach oben, während der Mensch von der Erde nach unten angezogen wird. Da der Mensch nicht nur von der Erde angezogen wird, sondern auch von dem Wasser nach oben gedrückt wird, kannst du einen Erwachsenen im Wasser tragen. Die Auftriebskraft des Wassers unterstützt dich beim Tragen der Person. Das Drücken des Wasser spürst du, wenn du versuchst, einen Eimer im Wasser unterzutauchen. ### ++++ ===== Experiment 2: Schwimmender Nichtschwimmer ===== ==== Material ==== * eine Wanne oder eine große Schüssel * Wasser * Knete ==== Durchführung ==== {{:b45d0af1-e775-47a1-923e-349a8b577dbf.jpeg?50|}} Bedenke beim Experimentieren die Regeln und die Schritte des [[:allgemeines|Forscherkreislaufs]]. - Fülle die Wanne halbvoll mit Wasser. - Nimm die Knete und forme eine Kugel. - Lege sie auf das Wasser. Was passiert? - Schaffst du es, dass das gleiche Stück Knete schwimmt? Wie könnte das funktionieren? Wie hast du das gemacht? ==== Beobachtung ==== ++++Wenn du hier klickst, kannst du die Beobachtung lesen. | Die Knetkugel sinkt. Formt man das gleiche Stück Knete so, dass es der Form eines Schiffs ähnelt, schwimmt es. {{:wasser:9abd29e9-8953-4d14-a114-d061e935eb70.jpeg?300|}}{{:wasser:0a00fe5d-2995-4d5a-bb84-007cf8556034.jpeg?300|}} ++++ ==== Erklärung ==== ++++Hier findest du die Erklärung zum Experiment.| Knete ist ein Material, das als Vollkörper sinkt. Dennoch gibt es Möglichkeiten, dass Materialien, die eigentlich sinken, schwimmen können. ### Die Knetkugel wird von der Erde angezogen, aber auch von dem Wasser nach oben gedrückt. Wie du im oberen Experiment gelernt hast, sinkt ein Gegenstand, wenn die Auftriebskraft des Wassers kleiner ist als die Anziehung der Erde. Die Knetkugel sinkt, weil die Auftriebskraft des Wassers kleiner ist als die Anziehung der Erde. ### ### Beide Knetstücke sind gleich schwer und werden deshalb auch gleich stark von der Erde angezogen. Damit das gleiche Knetstück schwimmen kann, muss die Auftriebskraft so groß sein wie die Anziehung durch die Erde. Durch die Veränderung der Form (schalen- oder schiffförmig), verändert sich die Auftriebskraft. Durch die Veränderung der Form, verdrängt die Knete mehr Wasser. Je mehr Wasser verdrängt wird, desto stärker wird das Knetboot durch das Wasser nach oben gedrückt. Das Knetboot schwimmt, weil die Auftriebskraft des Wassers so der Anziehung der Erde stark genug entgegenwirken kann. Entscheidend ist deshalb, dass durch die Veränderung der Form mehr Wasser verdrängt wird. Man kann allerdings nicht jedes Material mit Hilfe einer Schiffsform zum Schwimmen bringen. ### ++++ ### Durch die Veränderung der Form eines Gegenstands, kann man darauf Einfluss nehmen, wie viel Wasser durch den Gegenstand verdrängt wird. Verändert man die Form so, dass genügend Wasser verdrängt wird, kann die Auftriebskraft des Wassers der Erdanziehung stark genug entgegenwirken. Der Gegenstand schwimmt. Allerdings kann man nicht jegliche Materialien durch eine Formveränderung zum Schwimmen bringen. ### **Warum schwimmt ein Schiff aus Eisen und der Eisenwürfel sinkt?** ++++Antwort| ### Der Eisenwürfel und das Schiff werden beide von der Erde angezogen. Der Eisenwürfel sinkt, weil die Anziehung der Erde stärker ist als die Auftriebskraft des Wassers, die den Eisenwürfel nach oben drückt. Ein Schiff aus Eisen schafft es, so viel Wasser zu verdrängen, sodass die Auftriebskraft des Wassers der Erdanziehung stark genug entgegenwirken kann. ### ++++ **Jetzt bist du dran.**\\ Was hast du durch die Experimente dazugelernt? Kannst du nun auch erklären, warum Schiffe schwimmen können? Das kannst du[[https://learningapps.org/watch?v=pcb69p3n322|hier]] in einem Quiz testen.