Die Oberfläche des Wassers erkunden
Können Gegenstände auf dem Wasser schwimmen, die normalerweise untergehen? Lässt sich eine Büroklammer so auf das Wasser legen, dass sie nicht untergeht? Die Kinder lernen durch Ausprobieren und genaues Beobachten Wasser und dessen Oberfläche kennen. Sie erfahren, dass manche Gegenstände auf die Wasseroberfläche gelegt werden können und vergleichen die Positionen beim Auflegen.
Spülmittel ·
Büroklammern ·
Schale mit Wasser ·
Papiertücher
Wasser hat auf Kinder im Alltag eine hohe Anziehungskraft. Beim Händewaschen, beim Baden oder beim Spielen an Pfützen, Bächen oder Seen, können sie vielfältige Erfahrungen mit Wasser sammeln. Sie haben dabei schon erste Beobachtung zur Oberflächenspannung des Wassers machen können und kennen Gegenstände, die im Wasser untergehen.
Die Vorstellungen von Kindern sind stark durch Alltagserfahrungen sowie die Alltagssprache geprägt, was sich in ihren Aussagen über diese Lernumgebung zur Oberflächenspannung des Wassers und den darauf schwimmenden Büroklammern widerspiegelt.
Tipp: Mit den Fingern ist es für die Kinder etwas schwierig. Daher…
WORTSPEICHER
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Oberflächenspannung ·
Wasseroberfläche
Das Auflegen der Büroklammer auf die Wasseroberfläche ist für Kinder sehr herausfordernd, daher können die Büroklammern auch mithilfe eines Papiertuchs auf das Wasser gegeben werden. Dazu wird die Büroklammer bereits vorher auf das Papiertuch gelegt oder kurz nachdem es auf dem Wasser schwimmt. Wenn das Untergehen des Papiertuchs beschleunigt werden soll, kann es zusätzlich nach unten gedrückt werden. Hierbei darauf achten, dass die Büroklammer nicht berührt wird.
Alternativ kann die Schale oder auch ein Glas bis zum Rand mit Wasser befüllt werden und die Büroklammer vorsichtig über die Schalen-/Glaskante ins Wasser geschoben werden.
Für Kinder ist Oberflächenspannung schwer zu verstehen. Durch diese Lernumgebung können sie durch genaues Beobachten die Wölbungen des Wassers erkennen und sehen, dass die Wasseroberfläche manche Gegenstände tragen kann. Sie können verschiedene Positionen beim Auflegen der Büroklammer vergleichen und erfahren dabei, wie diese am leichtesten aufgelegt werden kann ohne unter zu gehen. Gerade beim Ausprobieren und Vergleichen sollte den Kindern die Möglichkeit gegeben werden, ihren eigenen Vorstellungen und Ideen nachzugehen und diese zu überprüfen.
Gegenstände aus Eisen, wie beispielsweise ein Nagel oder eine Schraube sinken in Wasser, da die Dichte von Eisen größer ist als die Dichte von Wasser.
Die in dieser Lernumgebung verwendete Büroklammer besteht aus Eisendraht und sinkt ebenfalls in den meisten Fällen in Wasser. Nur wenn die Büroklammer langsam und mit der größtmöglichen Drahtfläche, (Büroklammer parallel zur Wasseroberfläche) auf das Wasser gelegt wird, kann diese schwimmen.
Wasser besitzt eine Oberflächenspannung, welche sich ähnlich wie eine elastische Haut zwischen Wasser und Luft befindet. Wasser besteht aus Teilchen, welche sich gegenseitig anziehen. Innerhalb der Flüssigkeit ziehen sich die Wasserteilchen in alle Richtungen an. Bei der obersten Wasserschicht können die Wasserteilchen nur die benachbarten Teilchen unterhalb und neben sich anziehen, da sich über den oberen Wasserteilchen nur Luft befindet. Die Anziehungskräfte, welche innerhalb der Flüssigkeit auch auf obere Wasserteilchen wirken, werden jetzt zusätzlich auf die seitlichen und unteren Wasserteilchen verteilt. Daher ziehen sich die Wasserteilchen an der Oberfläche stärker an und bilden dadurch eine stabilere Bindung.
Die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten ist unterschiedlich und wird zum Beispiel von der Temperatur beeinflusst. Spülmittel in Wasser zerstört die Bindungen zwischen den Wasserteilchen und die Oberflächenspannung nimmt ab.
Damit Gegenstände, welche normalerweise in Wasser sinken, auf einer Wasseroberfläche schwimmen können, darf der Druck pro Fläche nicht zu groß sein. Der Druck hängt von der Masse des Gegenstandes und von der Auflagefläche ab. Je größer die Masse und je kleiner die Auflagefläche, desto größer ist der Druck auf die Wasseroberfläche. Würde man versuchen die Büroklammer mit der Spitze voran auf das Wasser zulegen sinkt diese sofort zu Boden. Auch eine sehr schwere Büroklammer würde nicht schwimmen. Wird die Büroklammer aus einer bestimmten Höhe auf das Wasser fallen gelassen, erhöht dies ebenfalls den Druck und diese sinkt zu Boden.
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