Spaß mit Physik

Spaß mit Physik
bzw.
Freihandversuche
Eine Handreichung zum
Experimentalseminar
Zusammengestellt von
Mag. Hans Haimo Tentschert
VORBEMERKUNGEN
Diese Zusammenstellung enthält Vorschläge für leicht (bzw. ohne große Vorbereitung oder teure Apparate) durchzuführende Experimente und schlagwortartige
Durchführungshilfen sowie fallweise Erklärungshilfen.
Viele der Experimente finden sich in verschiedenen Büchern.
Wahrscheinlich wird vieles davon selbstverständlich und etliches verbesserungsfähig
sein; manche werden weitere Hinweise vermissen. Unklarheiten lassen sich am besten dadurch ausräumen, dass man den Versuch durchführt; für Fragen stehe ich
gerne zur Verfügung. Für Erweiterungen, Zusätze und Verbesserungsvorschläge bin
ich immer sehr dankbar!
Die Einfachheit der meisten Experimente lässt eine große Vielfalt der Durchführungsvarianten zu und damit viele Möglichkeiten offen, seine eigenen
Erfahrungen, Vorstellungen, Ideen etc. einzubringen bzw. auf Schülervorschläge
oder Unterrichtssituationen einzugehen.
Die Versuche sollen nicht nur einfach sein, sondern in vielen Fällen vor allem auch
die Schüler verblüffen, verunsichern und zu Diskussionen anstacheln!
Man sollte sich darauf einlassen, scheinbar ganz banale Dinge durch Schüler neu
entdecken zu lassen, andererseits aber auch versuchen, kompliziert erscheinende
Zusammenhänge zu vereinfachen und einfach zu untersuchen.
Die Reihenfolge der Experimente ist willkürlich, nur grob geordnet nach
„Sachgebieten”.
Die Zusammenstellung dieser Experimente basiert auf der Arbeit vieler engagierter
Physiklehrer und der Auswertung etlicher Bücher.
Mag. Hans Haimo Tentschert
[email protected]
www.tentschert.net
Freihandversuche 2012
-2-
Kunze/Tentschert
INHALTSVERZEICHNIS
1
MECHANIK................................................... 4
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
1.14
1.15
1.16
1.17
1.18
1.19
1.20
1.21
1.22
1.23
1.24
1.25
1.26
1.27
1.28
1.29
1.30
1.31
1.32
1.33
1.34
1.35
1.36
1.37
1.38
1.39
1.40
1.41
1.42
1.43
1.44
1.45
2
3
DRUCK IN STRÖMENDEN MEDIEN ............ 4
DER TISCHTENNISBALL IM TRICHTER ...... 4
FLAMME IM TRICHTER ............................ 4
STANDARDABWEICHUNG......................... 4
REAKTIONSZEIT ....................................... 4
MESSUNG DER GEHGESCHWINDIGKEIT .... 4
BESCHLEUNIGUNGSMESSER .................... 5
AUFTRIEB ................................................ 5
DIE TANZENDEN ROSINEN ....................... 5
REIBUNG ................................................. 5
EIN FLASCHENZUG MIT BESENSTIELEN ... 5
EINE KUGEL MIT EFFET ........................... 5
HOVERCRAFT .......................................... 6
ÜBERLAGERUNG VON BEWEGUNGEN 1 ... 6
ÜBERLAGERUNG VON BEWEGUNGEN 2 ... 6
GLEICHGEWICHT ..................................... 6
ZÜNDHOLZBRECHEN ............................... 6
HEBELGESETZ ......................................... 6
HYDRAULISCHE PRESSE .......................... 6
EIERPHYSIK ............................................. 7
IMPULSRAKETE ....................................... 7
WASSERRAKETE ...................................... 7
KUGERL IN FLASCHE ............................... 7
LUFTBALLON IN FLASCHE AUFBLASEN .... 7
ZIMMERBUMERANG, ............................... 7
PAPIERHUBSCHRAUBER........................... 7
WASSERBAROMETER .............................. 8
MAGDEBURGER HALBKUGELN ................ 8
DOSENKOLLAPS....................................... 8
OBERFLÄCHENSPANNUNG ....................... 8
LUFTDRUCK ............................................ 8
ZAUBERSPRUDEL..................................... 8
OBERFLÄCHENSPANNUNG ....................... 8
SCHWERELOS IM FREIEN FALL (1) ........... 8
SCHWERELOS IM FREIEN FALL (2) ........... 9
SCHWERELOS IM FREIEN FALL (3) ........... 9
SCHWERPUNKT........................................ 9
SCHWERPUNKT DES BUNDESLANDES ...... 9
WIE LEICHT KOMMT ES ZUM FALL ........... 9
DOPPELKEGEL ......................................... 9
GALILEISCHE FALLRINNE ...................... 10
FREIER FALL ......................................... 10
GALAXIENFLUCHT ................................. 10
ROTATIONSHEBER ................................. 10
HOLZSCHNEIDEN MIT PAPIER ................ 10
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
4
5
Freihandversuche 2012
6
BILDENTSTEHUNG AM LÖFFEL ...............15
BILDENTSTEHUNG DURCH REFLEXION ...15
SCHRAUBENFISCHEN..............................16
DIE UNENDLICHEN SPIEGEL ...................16
TOTALREFLEXION AM WASSERGLAS ......16
DIE UNSICHTBARE KREIDE .....................16
FARBIGE, KERN- UND HALBSCHATTEN ..16
HIMMELSBLAU – ABENDROT .................16
LICHTLEITER ..........................................16
LINSEN ...................................................17
ZAUBERLINSE ........................................17
POLARISATIONSFARBEN .........................17
SPEKTRUM .............................................17
WASSERPRISMA .....................................17
BEUGUNG ..............................................17
BEUGUNG AN DER CD............................17
RADIOAKTIVITÄT ....................................18
6.1
6.2
-3-
DIE SPRINGENDEN PAPIERTEILCHEN .......14
WASSER IN ELEKTRISCHEN FELD ...........14
LICHT DURCH SALZ ................................14
FRANKFURTER KOCHEN .........................14
DAS LEUCHTENDE ESSIGGURKERL .........14
REMANENZ IM ERDMAGNETFELD ...........14
FREIER FALL IM KUPFERROHR ...............15
INDUKTION DURCH ERDMAGNETFELD....15
INDUKTIONSMOTOR ...............................15
DER EINFACHSTE ELEKTROMOTOR ........15
GESPENSTISCHE LEUCHTSTOFFRÖHRE ....15
OPTIK ...........................................................15
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
5.14
5.15
5.16
SCHWINGUNG EINER STIMMGABEL ........ 10
FADENPENDEL....................................... 10
SCHLAUCHTÖNE .................................... 10
DOPPLEREFFEKT.................................... 10
GLOCKENGELÄUTE ................................ 11
RICHTUNGSHÖREN ................................ 11
WELLENMASCHINE................................ 11
„HEIßLUFTRAKETE” ...............................11
ABKÜHLUNG DURCH EXPANSION ...........11
ABSORPTION VON WÄRMESTRAHLUNG..11
WÄRMESTRAHLUNG ..............................11
WÄRMESTRAHLUNG ..............................12
AUSKÜHLKURVE ....................................12
DIE GEBOGENEN TRINKHALME ..............12
EIN THERMOMETER AUS PAPIER ............12
PRINZIP EINES VERBRENNUNGSMOTORS 12
DAS LEIDENFROST’SCHE PHÄNOMEN ....12
KAMINWIRKUNG ....................................12
SONNENKOLLEKTOR ..............................13
VOLUMSÄNDERUNG DURCH WÄRME .....13
WÄRMELEITUNG - ISOLATION DURCH LUFT ...13
WÄRMELEITUNG MIT EINER MÜNZE.......13
DER FEUERFESTE LUFTBALLON .............13
WASSERKOCHEN IN DER EINWEGSPRITZE ......13
NEBELBILDUNG IM WASSERFLASCHE.....13
ELEKTRIZITÄT..........................................14
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
SCHWINGUNGEN UND WELLEN.......... 10
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
WÄRMELEHRE ..........................................11
HALBWERTSZEIT DES BIERSCHAUMS .....18
RADIOAKTIVER ZERFALL ........................18
Kunze/Tentschert
1 MECHANIK
1.1
Druck in strömenden Medien
Material: DIN-A4-Blätter; 2 Äpfel, Schnur, Föhn; 2 Suppenlöffel; Trichter, Tischtennisball
Durchführung:
) Man hält ein DIN-A4-Blatt an den Enden der Schmalseite und bläst darüber.
b) Man bläst zwischen zwei parallel zueinander gehaltene DINA-4-Blätter. (oder zwischen
zwei aufgehängte Luftballons oder Äpfel, bzw. man hält zwei Suppenlöffel an den
Stielenden mit der Krümmung zueinander und lässt Wasser dazwischen durchfließen)
Analog dazu: Tischtennisball in einem geeigneten Trichter anblasen;
Tischtennisball im Luftstrom eines Gebläses oder Föns schweben lassen;
durch eine auf einem Trinkhalm angebrachte kreisförmige Papierscheibe auf eine dazu
parallel frei aufliegende gleichartige Papierscheibe blasen - damit kann man die zweite
Scheibe aufheben; mit TT-Ball an Schnur in Wasserströmung u.v..
1.2
Der Tischtennisball im Trichter
Material: Trichter, Tischtennisball
Durchführung: Ein Tischtennisball wird in einen Trichter gelegt. Diesen hält man über
einen Auffangbehälter und schüttet Wasser hinein. Der Tischtennisball schwimmt nicht
etwa auf der Wasseroberfläche, sondern bleibt im Trichter und dichtet die
Ausflussöffnung mehr oder minder gut ab. Der Tischtennisball bleibt solange an der
Ausflussöffnung des Trichters, bis man den Trichter unten zuhält und so ein Ausfließen
des Wassers verhindert. Dann steigt der Tischtennisball nach oben und schwimmt, wie
erwartet, auf dem Wasser.
1.3
Flamme im Trichter
Material: Trichter, Kerze, Zünder, Papiertüte
Durchführung: Wenn der Trichter mit seiner großen Öffnung auf eine Kerze gerichtet ist,
kann man die Kerze nicht ausblasen, da der Luftstrom auseinandergeht.
Ebenso kann man Ball nicht aus einem Trichter herausblasen.
1.4
Standardabweichung
Material: 6-eckiger Bleistift, Papier, schiefe Ebene (Heft)
Durchführung: man lässt einen 6-eckigen Bleistift an einer leicht geneigten schiefen
Ebene mehrmals auf ein liegendes Papierblatt herabrollen und markiert die Positionen, an
denen er liegen bleibt, auf dem Papier. Anschließend wertet man diese Positionen statistisch aus.
1.5
Reaktionszeit
Material: DIN-A 4-Blatt, Maßband, Geodreieck)
Durchführung: Ein Schüler legt eine Hand auf den Tisch (um ein Nachfahren nach unten
zu verhindern) und versucht, das von einem zweiten Schüler losgelassene Blatt Papier zu
fangen. Das Blatt befindet sich vor dem Loslassen genau mit dem unteren Rand
zwischen Daumen und Zeigefinger des Fängers und wird durch möglichst rasches
Schließen der Finger gefangen. Damit kann man einige Experimente machen:
Auswertung der Fallhöhe - Reaktionszeit berechnen, Einfluss von Ablenkungen und
Ausgangssituationen (Öffnungsweite der Finger,..) erkennen, Reaktionsweg,...
1.6
Messung der Gehgeschwindigkeit
Material: Stoppuhren
Durchführung: Einige Schüler stellen sich am Gang in gleichen Abständen (z. B. 3 m) auf.
Jeder von ihnen erhält eine Stoppuhr. Ein Schüler geht in gleichbleibendem Tempo,
beginnend an einem Startpunkt, an diesen vorbei. Beim Vorbeigehen stoppt der jeweilige
Schüler die bis dahin verstrichene Zeit. Die Messergebnisse zweier Versuche, wobei der
Schüler beim zweiten Mal schneller geht, werden in eine Tabelle eingetragen und
eventuell in ein Zeit-Weg-Diagramm eingezeichnet.
1.7
Beschleunigungsmesser
Material: wasserdichtes, durchsichtiges Gurkenglas mit Gewinde und Deckel,
Weinkorken, Schnur, Klebeband oder Kerzenwachs
Durchführung: Ein Weinkorken wird der Länge nach und zentral durchbohrt. Durch das
Loch wird ein Stück Schnur gezogen und durch einen Knoten an einem Ende gegen ein
Zurückgleiten aus dem Loch gesichert. Das andere Ende der Schnur wird mit Klebeband
oder heißem Kerzenwachs auf der Innenseite eines Gurkenglasdeckels befestigt. Füllt
man das Glas randvoll mit Wasser und schraubt man den präparierten Deckel zu, so
erhält man, wenn man das gefüllte Glas auf den Kopf stellt, einen Beschleunigungsmesser. Dabei fungiert die Kordel der kleinen Kork-Boje als „Zeiger“, der immer in die
Richtung zeigt, in welche die auf den Korken wirkende resultierende Beschleunigung
weist.
1.8
Auftrieb
Material: Gefäß, Salz, hart gekochtes Ei
Durchführung: Man füllt ein Gefäß mit reinem Wasser, ein zweites mit Salzwasser und
beobachtet das Verhalten von einem hart gekochten Ei darin.
1.9
Die tanzenden Rosinen
Material: Rosinen, kohlensäurehaltiges Mineralwasser, Trinkglas
Durchführung: Rosinen schwimmen und sinken in Mineralwasser, da sich die
Auftriebskraft durch Anlagern und Loslösen von Kohlendioxidbläschen laufend ändert. In
ein Trinkglas schüttet man kohlensäurehaltiges Mineralwasser und lässt 10 bis
15 Rosinen in das Glas fallen. Diese sinken auf den Boden. Nach kurzer Zeit steigen
einige Rosinen bis zur Wasseroberfläche und sinken von dort wieder auf den Boden des
Glases. Das Schwimmen und Sinken der Rosinen lässt sich einige Minuten lang
beobachten, wobei einzelne Rosinen auch mehrmals aufsteigen können.
1.10 Reibung
Material: Holzklötze, Schnurgummi, Maßband
Durchführung: Man bindet den Gummi an den Holzklotz mit einer Öse und zieht an, um
den Holzklotz zu bewegen. Die Dehnung des Gummis dient als Maß für die Reibung.
Die Reibung hängt nicht von der Auflagefläche ab, wohl aber vom Gewicht und von der
Unterlage. Daher kann man verschiedene Variationen ausprobieren:
mehrere Holzklötze verwenden (größeres Gewicht)
Grund- bzw. Seitenfläche als Auflage verwenden
verschiedene Unterlagen verwenden
1.11 Ein Flaschenzug mit Besenstielen
Material: 2 Besenstiele oder Stativstangen, stabiles, gut gleitendes Seil (Länge:
mindestens 4 m)
Durchführung: Zwei Personen halten jeweils einen Besen senkrecht. Der Abstand
zwischen den beiden Besenstielen richtet sich dabei nach der Länge des zur Verfügung
stehenden Seils, sollte aber mindestens einen halben Meter betragen. Das Seil wird an
einem der beiden Besenstiele festgeknotet und mehrmals um die Besenstiele
herumgeführt. Ziehen ein dritter Assistent am freien Seilende und die beiden anderen mit
aller Kraft an den Besenstielen, wird es letzteren beiden auch mit ganzem Einsatz nicht
gelingen, ein Zusammengehen der beiden Besenstiele zu verhindern.
1.12 Eine Kugel mit Effet
Material: Knetmasse, großes, durchsichtiges Glasgefäß, 2 Stativstangen (Länge: 1 m)
Durchführung: Auf Grund des Magnus-Effekts beschreibt eine rotierende Kugel in
Wasser eine stark gekrümmte Bahn. Ein durchsichtiges Glasgefäß wird fast vollständig
mit Wasser gefüllt. An den Rand des Gefäßes werden schräg zwei Stativstangen
gehalten, dass sich zwischen ihnen eine Rinne bildet. Aus Knetmasse formt man eine
kleine Kugel und legt sie in die Rinne. Die Kugel rollt auf den Stangen nach unten in das
Wasser. Im Wasser sinkt die Kugel auf einer stark gekrümmten Bahn zu Boden.
Freihandversuche 2012
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Kunze/Tentschert
1.13 Hovercraft
Material: CD, Getränkenippel von PET-Flasche, Luftballon , Heißklebepistole
Durchführung: Ein verschließbarer Getränkenippel wird mit einer Heißklebepistole auf das
Mittelloch einer CD geklebt. Es muss darauf geachtet werden, dass die Klebstellen auch
wirklich dicht sind. Der Luftballon wird aufgeblasen und über den Getränkenippel
gezogen. Es sollte dabei darauf geachtet werden, dass beim Drüberziehen der Getränkenippel geschlossen ist. Danach kann der Getränkenippel geöffnet werden und das
Hovercraft beginnt sich zu bewegen. Es empfiehlt sich, die CD anzustoßen, damit die
Bewegung besser sichtbar wird.
1.14 Überlagerung von Bewegungen 1
Material: Schiebetafel, Kreide
Durchführung: Ein Schüler zeichnet freihändig eine horizontale Linie in konstanter Höhe,
während ein zweiter Schüler gleichzeitig die Tafel von unten nach oben schiebt. Bei
gleichförmiger Bewegung der Tafel entsteht eine resultierende Gerade, bei
beschleunigter Bewegung eine Art „Wurfparabel”.
1.15 Überlagerung von Bewegungen 2
Material: Papierkugerl
Durchführung: Man „schnepft“ zuerst das Papierkugerl mit nach oben gestrecktem Arm in
die Höhe und schätz die Erreichte Flughöhe ab. Dann schnepft man das Kugerl ind die
Höhe, indem man gleichzeitig den Arm schnell in die Höhe bewegt und vergleicht die
Wurfhöhe mit der vorherigen.
1.16 Gleichgewicht
Durchführung: Aus verschiedensten Gegenständen sind Körper zu formen, deren
Schwerpunkt außerhalb und möglichst tief liegt.
Beispiel: Man steckt zwei Gabeln so in einen Korken, dass die Stiele nach unten hängen,
steckt unten in den Korken eine Stecknadel und setzt das Ganze auf dem Stecknadelkopf
auf den Rand einer Flasche. Oder man steckt einen Löffel und eine Gabel zusammen
und balanciert das Gebilde mit Hilfe eines zwischen die Zinken gesteckten Zündholzes
auf dem Rand einer Flasche, etc.
1.17 Zündholzbrechen
Material: Zündhölzer bzw. Zahnstocher.
Durchführung: Je öfter ein Hölzchen gebrochen wird, umso schwieriger wird es, da die
Hebelarme immer kürzer werden.
1.18 Hebelgesetz
Material: 6-Kant-Bleistift, Muttern, Lineal (bzw. Holzleiste)
Durchführung: Lege das Lineal so auf den Bleistift, dass dieses im Gleichgewicht ist.
Lege nun links und rechts der Mitte (immer auf eine Position) Muttern so auf, dass das
Gleichgewicht erhalten bleibt. Trage in einer Wertetabelle jeweils die Abstande zur Mitte
sowie die Anzahl der Muttern (Massestücke)!
m1
l1
m2
l2
1.19 Hydraulische Presse
Material: 2 verschieden große Einwegspritzen, dünner Schlauch
Durchführung: Die Spritzdüsen zweier Einwegspritzen werden mit einem Schlauch
verbunden. Die beiden Spritzen werden ca. zur Hälfte mit Wasser gefüllt, mit dem
Schlauch verbunden und im System noch vorhandene Luft entfernt. Zwei Personen
können nun mit den Spritzen um die Wette drücken. Es wird immer der Person, die an
der kleineren Spritze drückt, gelingen, den Spritzenstempel hineinzudrücken.
Freihandversuche 2012
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Kunze/Tentschert
1.20 Eierphysik
Material: rohe und gekochte Eier, Milchflasche, Gefäß, Salz
Durchführung: Unterscheidung rohes - gekochtes Ei
Wie kommt das Ei in die Flasche?
Ei mit Sturzhelm
Das schwebende Ei
1.21 Impulsrakete
Material: 2 verschieden große Gummibälle, Nagel
Durchführung: Zuerst werden die beiden Bälle einzeln aus einer bestimmten Höhe fallen
gelassen und man beobachtet die Höhe, die sie nach dem Aufprall wieder erreichen. Der
kleine Ball wird mit der Bohrung über den Nagel geschoben.Man hält den Nagel am freien
Ende und lässt das gesamte Objekt lotrecht hinunter fallen. Der kleine Ball wird
wesentlich höher in die Luft fliegen
.
Durch Impulsübertragung des großen Balles auf den kleinen erhält dieser nach dem
Aufprall eine wesentlich größere Geschwindigkeit. Denn die Energie des kleinen Balls ist
theoretisch (bei idealen Bällen und wenn der große Ball sich nach dem Aufprall nicht
mehr bewegt) gleich der Energie der beiden Bälle vor dem Aufprall.
1.22 Wasserrakete
Material: 1l-Plastikflasche, Fahrradpumpe, Balsaholz (Karton), Korken mit Bohrung,
Schlauch, Plastikfolie, Reißnagel, Klebstoff
Durchführung: Fertige Spielzeugraketen oder selbstgebaute Raketen werden mit Hilfe
einer Pumpe zuerst nur mit Luft, anschließend auch mit etwas Wasser gefüllt und gestartet. Die wesentlich größere Flughöhe der wassergefüllten Rakete trotz höherem
Startgewicht zeigt sehr deutlich die Wirkung des Rückstoßes. Als günstig erweist sich
eine Wasserfüllung von einem Drittel des Volumens!
1.23 Kugerl in Flasche
Material: Flasche, kleines Kugerl (Papier, Stanniol)
Durchführung: Man legt die Flache horizontal auf den Tisch und legt ein kleines Kugerl in
den Flaschenhals. Dann versucht man, das Kugerl durch Hineinblasen in die Flasche zu
bringen.
1.24 Luftballon in einer Flasche aufblasen
Material: Flasche, Luftballon
Durchführung: Man gibt einen Luftballon in eine Flasche, stülpt ihn über den Rand und
lässt Schüler versuchen, ihn im Inneren aufzublasen
1.25 Zimmerbumerang,
Material: Postkarte, Schere, Papier
Durchführung: Eine gute Gelegenheit, um mit WE zusammenzuarbeiten betreffen den
Bau von Papierfliegern bzw. selbstgebauten Flugobjekten. Kreuzform, Helikopter,
Lindenpropeller
1.26 Papierhubschrauber
Material: Blatt Papier (10cm x 15cm, DIN A6); Schere, Büroklammer
Durchführung: Das Blatt Papier wird von einer Schmalseite aus in Abständen von ca.
1 cm bis zur Mitte hin eingefaltet. Von der anderen Schmalseite schneidet man mittig bis
zum gefalzten Teil. Dann biegt man einen dieser Teile nach vorne, den anderen nach
hinten, sodass es aussieht wie ein Propeller. Der eingefaltete Teil wird mit einer Büroklammer fixiert. Diese hält die Konstruktion zusammen und liefert eine bessere
Gewichtsverteilung. Diese Konstruktion lässt man aus einer entsprechenden Höhe fallen.
Freihandversuche 2012
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Kunze/Tentschert
1.27 Wasserbarometer
Material: 10 m durchsichtiger Schlauch, Eimer, Schlauchklemme bzw. Stöpsel, Maßband
Durchführung: Man füllt einen 10 m langen, durchsichtigen Schlauch vollständig mit Wasser, verschließt ein Ende; das zweite Ende wird zu Beginn in einen Eimer gesteckt der
etwa bis zur Hälfte gefüllt wird und muss ständig unter Wasser bleiben! Anschließend
wird das verschlossene Ende auf etwa 10 m Höhe gebracht, wobei man darauf achten
muss, dass das zweite Ende immer unter Wasser bleibt. Man markiert anschließend die
Eintauchstelle des Schlauches im Eimer und die Wasserstandshöhe im Schlauch und
misst den Abstand ab. Dazu den Schlauch am Boden auslegen und ausleeren. (Hinweis:
Ein Ausblasen eines auf eine Trommel aufgerollten Schlauches ist durch die Addition der
Wasserhöhe in jeder Windung unmöglich!)
1.28 Magdeburger Halbkugeln
Material: 2 Gummisaugglocken, Wasser; oder 2 Einmachgläser, Gummiring
Durchführung: Zwei Gummisaugglocken mit befeuchteten Rändern aneinander pressen.
Sie lassen sich nicht mehr trennen, nur wenn man mit dem Fingernagel den Rand leicht
anhebt.
Variation: In zwei Einmachgläser etwas Papier verbrennen, dann beide Gläser Öffnung
an Öffnung übereinander stellen und mit Gummiring abdichten.
1.29 Dosenkollaps
Material: leere Getränkedose, Bunsenbrenner, Wasser
Durchführung: Eine leere Getränkedose (ausschwemmen und ganz wenig Wasser in der
Dose lassen) wird offen mit einem Bunsenbrenner erhitzt, bis der Wasserrest verdampft.
Anschließend kurz verkehrt in ein wenig Wasser tauchen.
1.30 Oberflächenspannung
Material: Trinkglas, viele gleiche Münzen, Wasser
Durchführung: Man füllt ein 1/8 l - Glas bis zum Rand mit Wasser und gibt anschließend
langsam Münzen in das Glas. Dabei soll man darauf achten, dass der Glasrand völlig
trocken ist und auch bleibt! Man kann Schüler vorher raten bzw. ihre Erwartungen
formulieren lassen, wie viele Münzen Platz haben, bevor das Wasser überläuft. Achtung:
Viele Münzen vorbereiten! (unbedingt vorher ausprobieren!)
1.31 Luftdruck
Material: Karte, Glas, Wasser
Durchführung: halbgefülltes Glas wird verkehrt auf die Spielkarte gesetzt; Luftdruck hält
die Karte fest.
1.32 Zaubersprudel
Material: Bierdeckel, Glas, Wasser
Durchführung: In Bierdeckel drei Löcher stupfen, auf volles Glas legen, umdrehen und
Finger auf Löcher halten. Lässt man die Finger los, zischt im Glas Luft empor. (Bierdeckel
saugt an, Unterdruck im Glas).
1.33 Stoff sperrt Wasser (Oberflächenspannung)
Material: Flasche, Stück Stoff, Wasser
Durchführung: Spanne ein Stück Stoff mit Hilfe eines Gummirings über eine mit Wasser
gefüllte Flasche. Beim Umdrehen der Flasche geht nichts raus.
1.34 Schwerelos im freien Fall (1)
Material: leere Getränkedose, Nagel
Durchführung: In eine leere Getränkedose schlägt man nahe am Dosenboden mit einem
Hammer und einem Nagel ein paar Löcher, dass man sie alle mit den Fingern abdichten
kann. Füllt man die gehaltene Dose randvoll mit Wasser und hält sie aus dem Fenster, so
strömt das Wasser, sobald man die Löcher frei gibt, aus der Dose. Lässt man die Dose
fallen, fließt des Wassers während des freien Falls nicht aus.
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Kunze/Tentschert
1.35 Schwerelos im freien Fall (2)
Material: Schere, deren Schneiden zueinander leicht beweglich sind, evtl. Leiter
Durchführung: Mit Hilfe einer Schere wird die Schwerelosigkeit im freien Fall demonstriert.
Mit der einen Hand hält man eine der Schneiden einer Schere in vertikaler Richtung fest,
wobei der zugehörige Handgriff nach unten weisen soll. Mit der anderen Hand wird die
frei bewegliche Schneide weggeklappt. Lässt man diese Schneide los, klappt sie auf
Grund des durch die Schwerkraft hervorgerufenen Drehmoments zur festgehaltenen
Schneide zurück. Lässt man die Schere frei fallen, verhalten sich ihre Schneiden anders.
Man klappt die freie Schneide so weit auf, dass sie horizontal und damit senkrecht zur
festgehaltenen Schneide ausgerichtet ist. In diesem Zustand lässt man die Schere fallen.
Während des freien Falls behält die ursprünglich freie Schneide ihre horizontale und die
ursprünglich festgehaltene Schneide ihre vertikale Lage bei.
1.36 Schwerelos im freien Fall (3)
Material: Wurfmagnet
1.37 Schwerpunkt
Material: Stabförmiger Gegenstand (Besenstiel, Lineal, Bleistift....)
Durchführung: Man legt einen Besen (Bleistift, Lineal) auf die gestreckten Zeigefinger der
ausgebreiteten Hände und fährt dann von den Enden gleichmäßig mit den Händen nach
innen. Erklärungshilfe: Unterschiedliche Haft- und Gleitreibung sowie unterschiedliche
Normalkraft bewirken, dass jeweils der Finger, der weiter vom Schwerpunkt weg ist,
rutscht.
1.38 Schwerpunkt des Bundeslandes
Material: Kopie einer Landkarte, Nagel, Faden, Gewicht
Durchführung: Statt der üblichen unregelmäßig geformten Flächen kann man Modelle
verschiedener Länder (Kopien aus Atlanten) zur Bestimmung des Flächenschwerpunktes
(an verschiedenen Randpunkten drehbar aufhängen, Lot einzeichnen) verwenden.
Wo liegt dieser im jeweiligen Bundesland?
1.39 Wie leicht kommt es zum Fall
Material: Stuhl, Streichholzschachtel
Durchführung: 1) Die Versuchsperson stellt sich aufrecht mit den Zehenspitzen an eine
Wand. Die Zehenspitzen und der Kopf müssen an der Wand anliegen. Der Versuch, sich
auf die Zehenspitzen zu stellen, scheitert.
2) Die Versuchsperson stellt sich seitlich so vor eine Wand, dass eine Körperseite an der
Wand anliegt. Ein Fuß, eventuell auch ein Arm, muss mit der Außenseite an der Wand
anliegen. Nun wird das weiter von der Wand entfernte Bein angehoben und so weit wie
möglich nach oben geführt.
3) Die Versuchsperson sitzt aufrecht auf einem Stuhl und kann sich an einer evtl.
vorhandenen Lehne anlehnen. Die Füße müssen vor den vorderen Stuhlbeinen stehen.
Die Winkel zwischen Oberkörper und Oberschenkel, sowie zwischen Oberschenkel und
Unterschenkel sollen jeweils ca. 90° betragen. Die Versuchsperson hat die Aufgabe
aufzustehen, ohne den Oberkörper nach vorne zu beugen oder die Füße nach hinten
unter den Stuhl zu nehmen.
1.40 Doppelkegel
Material: 2 Plastiktrichter, Klebeband, 2 Stativstangen, Unterlagsmaterial
Durchführung: Die beiden Plastiktrichter werden mit der großen Öffnung aneinander
geklebt. Die beiden Stativstangen werden V-förmig so aufgelegt, dass die Spitze des V
tiefer liegt als die offene Seite. Man legt den Doppelkegel an die tiefere Stelle und er wird
in Richtung der offenen Seite, also „bergauf“ rollen.
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Kunze/Tentschert
1.41 Galileische Fallrinne
Material: Schüssel, Holz- oder Metallrinne (Aluwinkel) ca. 1m, Glaskugeln, Knetmasse
Durchführung: Das eine Ende der Rinne wird am Rand der Schüssel fixiert (Knetmasse)
das andere Ende mit leichter Neigung erhöht. Dann lässt man die Kugeln einmal bei
gleichen, dann bei unterschiedlichen Abständen abrollen und hört die Zeitintervalle durch
das Aufschlagen in der Schüssel.
1.42 Freier Fall
Material: Papierblätter, Tennisball
Durchführung: Zur Demonstration der gleichen Fallgeschwindigkeit verschiedener Körper
und des Einflusses des Luftwiderstandes lässt man gleichzeitig einen Tennisball und ein
Papierknäuel fallen bzw. ein Blatt Papier und ein Papierknäuel.
1.43 Galaxienflucht
Material: Luftballon, Filzstift
Durchführung: Man markiert auf einem schwach aufgeblasenen Luftballon mit Filzstift
einige Stellen. Nachdem man den Ballon stark aufgeblasen hat, kann man erkennen,
dass sich jeder einzelne Punkt sich von den anderen entfernt.
1.44 Rotationsheber
Material: dünnes Rohr (Kuli), Kunststoff-Faden, Schraubenmuttern (M6, M10)
Durchführung: Durch das Röhrchen wird die Schnur gefädelt und am unteren Ende eine
große Schraubenmuttern (M10) geknüpft, am oberen Ende eine Kleine Mutter M6. Durch
schnelle Rotation der kleinen Mutter gelingt es, die große Mutter zu heben.
1.45 Holzschneiden mit Papier
Material: Papierscheibe, Achse, Experimentiermotor (oder Bohrmaschine)
Durchführung: Man spannt eine dünne kreisförmige Kartonscheibe an den Motor und
kann damit bei hohen Umdrehungszahlen durchaus Holz (oder Kreide) schneiden!
2 SCHWINGUNGEN UND WELLEN
2.1
Schwingung einer Stimmgabel
Material: Stimmgabel, Gefäß mit Wasser; Tischtennisball, Faden
Durchführung: Zum Sichtbarmachen der Schwingung einer Stimmgabel taucht man sie in
Wasser. Oder ein an einem Faden aufgehängter Tischtennisball wird bei Berührung der
Zinke stark abgestoßen. (Variante: Sichtbarmachen mit Stroboskop)
2.2
Fadenpendel
Sekundenpendel
Messung der Fallbeschleunigung
2.3
Schlauchtöne
Material: Installationsschlauch (2m)
Durchführung: Halten des Schlauches an einem Ende und Drehen über Kopf bewirkt
Töne.
2.4
Dopplereffekt
Material: Schlauch, Pfeiferl
Durchführung: Man steckt ein Pfeiferl in das eine Ende eines Schlauches und lässt ihn
waagrecht über dem Kopf kreisen, wobei man in das andere Ende des Schlauches bläst.
In der Kreisebene hört man deutlich Schwankungen der Tonhöhe - bedingt durch den
Dopplereffekt!
Freihandversuche 2012
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Kunze/Tentschert
2.5
Glockengeläute
Material: Schnur, Metall-Kleiderbügel)
Durchführung: Man nimmt etwa 2 je 0,5 m Schnur und macht in der Mitte einen Knopf um
den Stiel eines möglichst großen, schweren Löffels (o.ä.). Die beiden Enden wickelt man
sich einmal um je einen Zeigefinger, beugt sich vor und steckt sich die beiden
Fingerspitzen in die Ohren, sodass der Löffel, so aufgehängt, frei pendeln kann. Man
bringt den Löffel durch Bewegung des Oberkörpers zum Schwingen und lässt ihn an eine
Tischkante stoßen. Man sollte keinem Schüler diesen AHA-Effekt vorenthalten!
Erklärungshilfe: Durch die gute akustische Kopplung kommt der Schall viel verlustfreier
ins Ohr und ergibt dermaßen einen ungewöhnlichen (und auch unerwarteten) Eindruck.
2.6
Richtungshören
Material: 2 m langer, dünner Gummischlauch
Durchführung: Ein etwa 2 m langer dünner Gummischlauch mit markierter Mitte wird auf
einem Tisch aufliegend von hinten um den Kopf eines Schülers gelegt. Der Schüler hält
die Enden an seine Ohren. Ein zweiter Schüler klopft leicht (!) an verschiedenen Stellen
auf den Schlauch, der horchende Schüler muss erkennen, ob in der Mitte oder näher bei
einem der Ohren auf den Schlauch geklopft wird. Ein lustiges Experiment zur Funktionsweise unseres Gehörs, das die große Empfindlichkeit des Richtungshörens zeigt!
2.7
Wellenmaschine
Material: Tixostreifen, Trinkhalme
Durchführung: Auf einen Tixo-Streifen, der senkrecht aufgehängt ist, werden im Abstand
von ca. 1cm Trinkhalme mittig aufgeklebt. Damit ergibt sich ein einfaches Modell einer
Wellenmaschine. Als Verbesserung kann man an die Enden der Trinkhalme Plastillin
bzw. kleine Schraubenmuttern fixieren (größeres Trägheitsmoment).
3 WÄRMELEHRE
3.1
„Heißluftrakete”
Material: Papierserviette, leeres Teesackerl, ....
Durchführung: Man rollt eine Serviette zu einem Zylinder und dreht diesen an einem Ende
zusammen. Dann stellt man ihn auf den Tisch und zündet ihn am oberen Ende an. Mit
etwas Glück erhebt sich diese Heißluftrakete und steigt auf.
3.2
Abkühlung durch Expansion
Material: CO2-Patrone, Nagel, Hammer, Zange
Durchführung: Die Patrone wird mit der Zange (Schraubstock) fest gehalten und mit
einem Nagel der Verschluss durchstoßen. Das schnell austretende CO2 kühlt die Patrone
so stark ab, dass sich zB beim Anhauchen die Patrone mit Reif überzieht.
3.3
Absorption von Wärmestrahlung
Material: Glühbirne, weißes und schwarzes Plastiksackerl
Durchführung: Das Plastiksackerl wird in die unmittelbare Nähe einer eingeschalteten
Glühbirne gebracht. Während das Weiße längere Zeit hindurch unbeschädigt bleibt, wird
das Schwarze innerhalb kurzer Zeit schmelzen.
3.4
Wärmestrahlung
Material: weiße und schwarze Flasche mit Wasser, Thermometer, Sonne
Durchführung: Die gefüllten Flaschen werden an die Sonne gestellt und alle 15 min die
Temperatur des Wassers gemessen. Die Werte in ein Diagramm eintragen
Freihandversuche 2012
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Kunze/Tentschert
3.5
Wärmestrahlung
Material: geöffnete Blechdose, Kerze, 2 gleiche Münzen, Glühlampe mit Fassung und
Netzanschluss
Durchführung: An der Innenwand einer Blechdose wird auf halber Höhe eine Fläche von
mit einer Kerzenflamme berußt. An der Außenwand befestigt man mit möglichst wenig
Wachs zwei Münzen. Eine der Münzen sollte außen über der schwarz gefärbten Stelle
liegen und die andere in gleicher Höhe gegenüber der ersten Münze, .h. über einer
glänzenden oder weißen Stelle. Die präparierte Dose stülpt man über eine Glühlampe.
Die Münze über der schwarz gefärbten Fläche rutscht deutlich früher ab, weil sich dort
das Wachs wesentlich schneller erwärmt als über der glänzenden Stelle. Berührt man
außen an der Dose gleichzeitig die beiden Bereiche mit den Fingern, kann man den
Temperaturunterschied deutlich fühlen.
3.6
Auskühlkurve
Material: Flasche, heißes Wasser, Dämmstoff (Pullover etc. zum Umwickeln der
Flasche),Thermometer, Uhr
Durchführung: 2 Flaschen werden mit heißem Wasser gefüllt und in einem gleich
temperierten Raum aufgestellt, 1 Flasche wird mit Dämmmaterial eingewickelt; dann
wird nach jeweils einer Stunde die Temperatur gemessen und eine Wertetabelle mit
Temperatur und Zeit erstellt; grafische Auswertung und Interpretation
3.7
Die gebogenen Trinkhalme
Material: 2 Trinkhalme, Klebestreifen, heißes Wasser, Injektionsspritze
Durchführung: Die beiden Trinkhalme werden mit Klebestreifen parallel aneinander
geklebt. Mit Hilfe der Spritze wird in einen Trinkhalm heißes Wasser eingebracht. Auf
Grund der Wärmedehnung kommt es zur Biegung der Halme.
3.8
Ein Thermometer aus Papier
Material: Papier, Selbstklebeetikett , Kerzenflamme
Durchführung: Ein Streifen aus aluminiumbeschichtetem Papier verbiegt sich unter
Wärmeeinfluss auf Grund der unterschiedlichen Längenausdehnung von Aluminium und
Papier.
3.9
Das Prinzip eines Verbrennungsmotors
Material: Pappröhre (Durchmesser: 5 - 10 cm; Länge: 30 - 50 cm) mit passenden
Deckeln, Spiritus oder Benzin, Korken, Streichhölzer, Ahle oder anderer spitzer
Gegenstand
Durchführung: Ein Ende einer Pappröhre wird mit einem der zugehörigen Deckel, in
dessen Mitte man ein Loch (Durchmesser: ca. 5 mm) gebohrt hat, fest verschlossen
(evtl. Klebstoff verwenden). Bevor man das andere Ende lose mit einem Deckel
verschließt, gibt man einige Spritzer Spiritus oder Benzin (1 ml je Liter Röhrenvolumen)
und einen Korken in die Röhre. Nachdem sie gut geschüttelt wurde − der Korken dient
nur zur besseren Durchmischung der eingeschlossenen Gase − hält man eine Flamme
an die Öffnung des befestigten Deckels. Mit lautem Knall fliegt der lose Deckel weit
durch den Raum. Dabei ist darauf zu achten, dass nicht auf Personen oder zerbrechliche
Gegenstände gezielt wird oder der Deckel nicht so fest sitzt, dass die Pappröhre birst.
3.10 Das Leidenfrost’sche Phänomen
Material: Herdplatte evtl. Trinkhalm oder Pipette
Auf Grund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Wasserdampf verdampfen Wassertropfen nicht auf einer heißen Herdplatte.
3.11 Kaminwirkung
Material: Kerze, Schachtel (ev. durchsichtige Kunststoffbox), Rohr
Durchführung: In die Schachtel wird oben ein Loch geschnitten, die Kerze unterhalb
gestellt und angezündet. Wird das Rohr auf die Öffnung gesetzt, sieht man eine deutliche
Kaminwirkung (nachzuweisen zB mittels Rauch). ACHTUNG: Brandgefahr!
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3.12 Sonnenkollektor
Material: Styropor, Glasplatte, schwarzes Papier, Thermometer
Durchführung: Aus Styropor wird ein Kollektorkörper gebaut. Als Erweiterung wird mit
einer Glasplatte abgedeckt und weiters der Kollektor mit schwarzem Papier ausgekleidet.
Jedes Mal wird mit einem Thermometer die Lufttemperatur gemessen
3.13 Volumsänderung durch Wärme
Material: Flasche, Luftballon
Durchführung: Man erhitzt eine leere Flasche und stülpt einen leeren Luftballon über den
Rand. Dann kühlt man die Flasche und beobachtet den Luftballon. Anschließendes Erwärmen kehrt den Vorgang wieder um.
3.14 Wärmeleitung - Isolation durch Luft
Material: 4 Glasplatten, 2 Kerzen, Gummiring, Wachs- oder Butterkügelchen
Durchführung: 2 Glasplatten übereinander und 2 Glasplatten mit einem Gummiring
dazwischen werden jeweils über eine Kerze gelegt, darauf kommt ein Wachs- oder
Butterkügelchen als „Messgerät“. Beispiel für Wärmedämmung bei einem :
Doppelglasfenster.
3.15 Wärmeleitung mit einer Münze
Material: Münze, Streichhölzer
Durchführung: Hält man eine Münze am Rand mit den Fingern einer Hand und erwärmt
man sie mit einem Streichholz an der den Fingern gegenüberliegenden Seite, so wird die
Münze so schnell heiß, dass man sie fallen lässt, um sich nicht die Finger zu verbrennen,
noch bevor das Streichholz abgebrannt ist. Holz leitet offenbar schlecht, da das
Streichholz bis zu seinem vollständigen Abbrennen in der Hand gehalten werden kann.
3.16 Der feuerfeste Luftballon
Material: Luftballon, Wasser, Kerze
Durchführung: Die Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität des Wassers
verhindern, dass die Temperatur des Luftballons nicht über 100° C steigt.
3.17 Wasserkochen in der Einwegspritze
Material: Einwegspritze, warmes Wasser
Durchführung: Zieht man lauwarmes Wasser in einer Einwegspritze zu etwa einem
Drittel auf, verschließt sie mit einem Finger und zieht den Kolben anschließend weiter
auf, beginnt das Wasser in der Spritze zu sieden.
Erklärungshilfe: Durch den Unterdruck, der durch Volumsvergrößerung oder Kondensation von Wasserdampf entsteht, siedet das Wasser bei weit unter 100°C.
3.18 Nebelbildung im Wasserflasche
Material: PET-Flasche, Wasser, Papierstreifen, Zünder, Stoppel
Durchführung: Eine Wasserflasche wird mit etwas Wasser gefüllt und kräftig geschüttelt,
damit sich die Luft mit Wasser sättigt, leert die Flasche und verschließt sie.. Dann drückt
man die Flasche zusammen und wartet kurz, sich die Kompressionswärme abgegeben
wird. Danach lässt man die Flasche los (adiabatische Expansion) und es passiert –
nichts! Dann wirft man ein brennendes Zündholz hinein und wiederholt den Vorgang. Die
Luft dehnt sich plötzlich aus, kühlt dabei ab und es bildet sich Nebel in der Flasche!
Erklärungshilfe: Das abgebrannte Zundholz liefert genügend Kondensationskeime für die
Nebelbildung.
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4 ELEKTRIZITÄT
4.1
Folienversuch oder die springenden Papierteilchen
Material: 2 Folien DINA4 Format, Papierteilchen (am besten aus Locher)
Durchführung: 1. Folie auf Tisch mit Taschentuch o.ä. fest reibend anpressen, dann
gleichzeitig hochheben, Folie ist dann geladen und zieht z.B. Haare an; 2. Folie aufladen
und aus ca 50cm einer anderen geladenen Folie nähern;
2. Zwei Folien übereinander auf Tisch anpressen und aufladen wie vorher, dann
gleichzeitig parallel zum Tisch hochheben und schnell von einander trennen, dann wieder
langsam aufeinander zu bewegen
3. Eine Folie aufladen, daneben Papierteilchen auflegen und mit geladener Folie parallel
zum Tisch langsam den Papierteilchen nähern (Hinweis: genau beobachten, was mit
Teilchen an Folie passiert).
4. Eine Folie auf Tisch reibend anpressen, dann Papierteilchen drauflegen und Folie
gleichzeitig mit den Papierteilchen parallel zum Tisch hochheben
4.2
Wasser in elektrischen Feld
Material: dünner Wasserstrahl, Kunststoffkamm
Durchführung: Der Wasserstrahl wird vom geriebenen Kunststoffkamm abgelenkt
(Dipolcharakter des Wassers).
4.3
Licht durch Salz
Material: Flachbatterie (4,5 V), Glühlampe, isolierter Draht oder Experimentierkabel,
Trinkglas oder Becher, Kochsalz
Durchführung: Ein Trinkglas wird mit Leitungswasser gefüllt. Von drei ca. 20 cm langen
Drahtstücken entfernt man von den Enden die Isolierung. Von einem Draht verbindet
man ein Ende mit einem Pol einer Batterie, das andere Ende lässt man in das Wasser
hängen. Ein zweites Stück Draht wird mit einem Ende an einer Glühlampe befestigt, das
andere Ende lässt man ebenfalls in das Wasser hängen. Verbindet man mit dem dritten
Drahtstück den anderen Pol der Batterie mit der Glühlampe, so leuchtet diese nicht. Erst
wenn man Kochsalz in das Wasser streut, beginnt sie zu leuchten.
4.4
Frankfurter kochen mit der Steckdose
Material: Frankfurter, 2 Kabel (Kupferdraht)
Durchführung: Sticht man in die beiden Enden eines Frankfurters ein dickes Stück Kupferdraht, kann man mit 2 Krokoklemmen und Kabel das Frankfurter direkt an eine
Steckdose anschließen. Innerhalb kurzer Zeit ist das Frankfurter heiß und bis auf die
Schmorstellen rund um den eingestochenen Draht absolut genießbar!
Wichtig: Diesen Versuch nur unter deutlichem Hinweis auf die Gefahren als
Lehrerversuch durchführen!
4.5
Das leuchtende Essiggurkerl
Material: Essiggurkerl, 2 Kabel (Kupferdraht)
Durchführung: Sticht man in die beiden Enden eines Essiggurkerls ein dickes Stück Kupferdraht, kann man mit 2 Krokoklemmen und Kabel das Essiggurkerl direkt an eine
Steckdose anschließen. Das Gurkerl leuchtet!
Wichtig: Diesen Versuch nur unter deutlichem Hinweis auf die Gefahren als
Lehrerversuch durchführen!
4.6
Remanenz im Erdmagnetfeld
Material: Magnetnadel
Durchführung: Untersucht man lange Zeit gleich im Erdmagnetfeld befindliche Metallgegenstände, wie z.B. einen Metalltürstock oder Heizkörper, mit einer Magnetnadel, kann
man feststellen, dass diese magnetisiert sind, die Polarität am oberen und am unteren
Ende ist unterschiedlich!
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Kunze/Tentschert
4.7
Freier Fall im Kupferrohr
Material: Kupferrohr, Plastikrohr, Stabmagnet, Eisenbolzen
Durchführung: Lässt man einen zylinderförmigen Magnet und einen gleichgroßen
Eisenbolzen durch eine Plastikröhre, ein Kupferrohr bzw. ein gleich dickes, aber
längsgeschlitztes Kupferrohr (Schlitz mit Tixo verschließen, um Unterschiede des
Luftwiderstandes auszuschließen) fallen, sind deutliche Unterschiede in der Fallzeit festzustellen, die man auf Induktionserscheinungen zurückführen kann.
Erklärungshilfe: Induktionserscheinungen werden nur durch den fallenden Magneten hervorgerufen, im geschlitzten Kupferrohr ist die Ausbildung von Wirbelströmen deutlich
erschwert, daher die Verzögerung kaum merklich.
4.8
Induktion durch Erdmagnetfeld
Material: empfindliches Voltmeter, langes Kabel
Durchführung: Man schließt die beiden Enden eines langen Kabels an ein möglichst
empfindliches Voltmeter und dreht die Leiterschleife im Raum.
4.9
Induktionsmotor
Material: Aludose (abgeschnittener Deckel), Gefäß mit Wasser, Magnet, Draht
Durchführung: Die Aludose wird auf das Wasser gesetzt. Wichtig ist, dass das Gefäß
ganz voll ist und sich ein kleiner „Wassergupf“ bildet. Der Magnet wird an dem Draht
befestigt und von oben in die Aludose gehalten. Dreht man den Draht mit dem Magneten,
wird sich auch die Dose zu drehen beginnen.
4.10 Der einfachste Elektromotor
Material: 1,5 V Batterie, 15 cm dünner Draht, Spanplattenschraube, Neodym-Magnet
Durchführung: Nimm in eine Hand eine 1,5 V Batterie und halte mit dem Zeigefinger ein
abisoliertes Ende des Drahtes an einen Pol der Batterie. Am anderen Pol der Batterie
wird die Spitze einer Schraube, an der ein Magnet haftet, angebracht. Nun wird das
andere Ende des am Ende abisolierten Drahtes zum Magneten geführt. Bei der
Berührung beginnt sich die Schraube mit dem Magneten sogleich zu drehen.
4.11 Die gespenstische Leuchtstoffröhre
Material: Leuchtstoffröhre, funktionstüchtig oder ausgedient, Overheadprojektor-Folie,
evtl. Hartgummistab und Fleecestoff oder Katzenfell
Durchführung: Nachdem man ein Zimmer verdunkelt hat, und sich die Augen an die
Dunkelheit gewöhnt haben, reibt man eine Overheadprojektor-Folie an der Röhre. Der
Teil der Röhre, an dem die reibende Folie anliegt oder gerade angelegen hat, leuchtet
gespenstisch auf. Das Leuchten ist besonders hell, wenn die Folie abgezogen wird.
5 OPTIK
5.1
Bildentstehung am Löffel
Material: großer Löffel
Durchführung: An der konvexen sowie an der konkaven Seite eines (Suppen-)Löffels lassen sich die verschiedenen Abbildungen an gekrümmten Spiegeln darstellen. Auch lässt
sich der Brennpunkt bestimmen.
5.2
Bildentstehung durch Reflexion
Material: 2 Kerzen, Glasplatte
Durchführung: 2 gleiche Kerzen werden im Abstand von etwa 20 cm aufgestellt, eine wird
angezündet. Schüler erhalten anschließend den Auftrag, eine dünne Glasplatte so dazwischen zu platzieren, dass auch die zweite Kerze scheinbar brennt. Abstände variieren
und in eine Tabelle eintragen (Bildweite = Gegenstandsweite).
Freihandversuche 2012
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Kunze/Tentschert
5.3
Schraubenfischen
Material: wassergefüllter Trog, Schraubenmutter, Glasrohr, Stricknadel, Stativmaterial
Durchführung: Man legt die Schraubenmutter in den Trog und fixiert mittels Stativmaterial
das Rohr so, dass man die unter Wasser liegende Mutter „anpeilen” kann. Nachdem man
genau „gezielt” hat, stößt man die Stricknadel durch das Rohr, um den „Fisch” zu erlegen.
Was wird man erleben?
5.4
Die unendlichen Spiegel
Material: 2 Spiegel, Stativmaterial
Durchführung: Bei einem Spiegel wird auf der Rückseite eine kleine Fläche der
Beschichtung abgekratzt. Die beiden Spiegel werden mit den Spiegelflächen parallel zu
einander aufgestellt. Schaut man durch das Fenster in den zweiten Spiegel, sieht man
„unendlich“ viele Reflexionen. Ähnlich kann man auch 3 Spiegel mit den Spiegelflächen
zueinander als Dreieck aufstellen.
5.5
Totalreflexion am Wasserglas
Material: Trinkglas, Wasser
Durchführung: Wenn man ein leeres Trinkglas in der Hand hält, kann man beim Blick
schräg von oben die Finger sehen. Sobald Wasser eingefüllt wird, werden die Finger wegen der Totalreflexion „unsichtbar” (Spiegelung durch Totalreflexion).
5.6
Die unsichtbare Kreide
Material: großes Trinkglas, Reagenzglas, beliebiger Gegenstand, der in das Reagenzglas
passt, z.B. ein Stück farbige Tafelkreide
Durchführung: Ein Stück farbige Tafelkreide wird in ein Reagenzglas gelegt und dieses
flach in ein mit Wasser gefülltes Trinkglas gehalten. Blickt man von oben auf das
Reagenzglas, so kann man die Farbkreide in ihm sehen. Wird das Reagenzglas steil in
das Wasser gehalten, so glänzt die Oberfläche des Reagenzglases silbern und die Kreide
ist nicht mehr zu sehen. Füllt man Wasser in das Reagenzglas, so verschwindet der
silberne Glanz und die farbige Kreide wird wieder sichtbar.
5.7
Farbige Schatten, Kern- und Halbschatten
Material: 3 gleichartige Lampen (Diaprojektor), Farbfilter
Durchführung: Die Verwendung von drei Lampen mit den Farbfiltern rot, grün und blau ergibt bekannter Weise einigermaßen weißes Licht im Überschneidungsbereich der Lichtkegel. Bildet man die drei Lichtkreise auf eine weiße Leinwand im Finstern so ab, dass sie
sich großteils überschneiden und erzeugt dann mit der Hand oder anderen
Gegenständen Schatten, erscheinen diese zur Verblüffung der Schüler plötzlich, je nach
abgedeckten Lampen, in verschiedenen Farben!
5.8
Himmelsblau – Abendrot
Material: Küvette, Wasser, Taschenlampe, etwas Milch, Polarisationsfilter
Durchführung: ins Wasser gibt man etwas Milch. Hinter die Küvette positioniert man die
Taschenlampe. Blickt man von vorne durch die Küvette zur Lampe, sieht man einen
rötlichen Schimmer. Blicht man von oben, sieht man wegen der Streuung einen
bläulichen Ton. Mit einem Polfilter lässt sich die Polarisation des gestreuten Lichtes
erkennen.
5.9
Lichtleiter
Material: Plastikflasche, schwarze Farbe, Taschenlampe, Glasschüssel
Durchführung: Man malt die Flasche schwarz an. Dann sticht man etwas oberhalb des
Bodens ein kleines Loch und kratzt gegenüber vom Loch etwas von der Farbe ab, sodass
Licht hindurch treten kann. Man füllt die Flasche mit Wasser, stellt sie in die Glasschüssel
und leuchtet an der frei gekratzten Stelle mit einer Taschenlampe hinein. Hält man bei
verdunkeltem Zimmer einen Finger in den Wasserstrahl, wird darauf ein Lichtpunkt
sichtbar.
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Kunze/Tentschert
5.10 Linsen
Material: 2 Plastik-Linsen, Schale mit Wasser, Folie mit Muster
Durchführung: Eine Linse wird mit Wasser gefüllt, die andere enthält Luft. Man
beobachtet das geometrische Muster am Boden der Schale mit beiden Linsen, und zwar,
indem man die Linse jeweils in Luft und ins Wasser hält.
Hält man die mit Wasser gefüllte Linse über das Wasser, erscheint das Muster
vergrößert; wird die Linse dann ins Wasser gelegt, erfolgt keine Brechung mehr (gleicher
Brechungsindex). Die „Luftlinse“ bewirkt in Luft keine Veränderung des Musters, wohl
aber die Funktion einer Zerstreuungslinse, wenn sie ins Wasser gehalten wird.
5.11 Zauberlinse
Durchführung: Man füllt eine Eprouvette mit Wasser und legt sie auf ein Blatt Papier, auf
das man mit 2 verschiedenen Farben die Worte
DAS ROTE AUTO
DIE HOHE EICHE
geschrieben hat. Anschließend fragt man Schüler nach ihren Beobachtungen und einer
Erklärung.
5.12 Polarisationsfarben
Material: 2 Polarisationsfilter, Zellophan, Tixo, Plastikgegenstände (durchsichtig)
Durchführung: Zwischen zwei auf den Overheadprojektor gelegte Polarisationsfilter in
gekreuzter Stellung gibt man im Dunkeln beliebige, auf Folie geklebte Tixomuster und
dreht diese sowie den oberen Filter. Ebenfalls schöne Farben ergeben sich bei Verwendung der Cellophanhülle einer Zigarettenschachtel, verschiedener Plastikmaterialien, etc.
5.13 Spektrum
Material: OH-Projektor, Prisma, abdeckendes Papier
Durchführung: Deckt man den Overheadprojektor bis auf einen schmalen Spalt ab, kann
man mit Hilfe eines Glas- oder Kunststoffprismas schöne Spektren auf die Decke werfen.
5.14 Wasserprisma
Material: Küvette, Spiegel, Wasser
Durchführung: Man legt den Spiegel schräg in das Wasser und lässt
(Sonnen-)Licht darauf fallen. Durch den Wasserkeil entsteht ein
Spektrum das man auf einem entsprechend gehaltenem Blatt Papier
oder an der Wand sehen kann.
5.15 Beugung
Material: Kerze, Bleistifte, Seidentuch,...
Durchführung: Schüler sollen eine brennende Kerze durch zwei sehr eng aneinander
gehaltene runde Bleistifte, durch ihre Wimpern, ein Seidentuch (o.ä.) beobachten und
ihre Beobachtungen beschreiben.
Erklärungshilfe: Durch die Beugung am Spalt oder Gitter erscheinen mehrere Flammen
links und rechts, die mittlere Flamme wird auseinandergezogen, die „Nebenflammen” erscheinen farbig (außen rot, innen blau). Je enger der Spalt, um so deutlicher der Effekt.
Dies erreicht man z. B. durch Schräghalten des Seidentuches (Verändern der Gitterkonstante)
5.16 Beugung an der CD
Material: CD, Laser (Laserpointer)
Durchführung: Man sendet einen Laserstrahl auf die CD und betrachtet das reflektierte
Beugungsbild. Aus den geometrischen Verhältnissen lässt sich die Gitterkonstante, ähnlich wie beim Gitter, berechnen.
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6 RADIOAKTIVITÄT
6.1
Halbwertszeit des Bierschaums
Material: Bier (nicht zu kalt), gerades Bierglas, Maßband
Durchführung: Bier wird so in ein möglichst gut zylinderförmiges (gerades!) hohes Glas
gegossen, dass möglichst viel Schaum entsteht. Die Höhe des Schaums (nicht die Gesamthöhe, nur die Schaumhöhe!) wird dann im 10-Sekunden-Takt gemessen und in
einem Diagramm aufgetragen. Es ergibt sich eine Zerfallskurve!
6.2
Modellversuch zum radioaktiven Zerfall
Der radioaktive Zerfall ist ein statistischer Zufallsprozess. Dieser Zufallsprozess wird
durch das Werfen einer Münze simuliert, deren zwei mögliche Auftreffzustände das
Zerfallen oder Nichtzerfallen eines Atoms simulieren.
Durchführung: alle Schüler stehen auf und nehmen eine Münze in die Hand. Lehrer
moderiert den Ablauf. Die stehende Schülerzahl entspricht der Ausgangsmenge N(0) der
radioaktiven Atome. Nun werden die Münzen fallengelassen, alle Schüler, deren Münze
„Kopf“ zeigt, setzen sich (sie sind „zerfallen“), dies entspricht dem ersten Zeitschritt. Der
Vorgang wird sooft wiederholt, bis alle Schüler „zerfallen“ sind.
Auswertung: in einem Koordinatensystem wird der Ablauf grafisch dargestellt, auf der
einen Achse werden die Zerfallsschritte (entspricht der Zerfallszeit t), auf der anderen
wird die jeweils nicht zerfallene Anzahl von „Schülerinnen“ aufgetragen (entspricht der
nicht zerfallenen Teilchenzahl N(t)- Querverbindung zur Mathematik
)
Hinweis: Für diesen Versuch ist eine größere Schülerzahl von Vorteil. Man kann den
Versuch auch für zu Hause Schülern anbieten, indem der Münzwurf entsprechend oft
durchgeführt wird, beginnend mit einer ersten groß gewählten Zahl von Würfen.
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