TSB Aktionstage

Mein Experimentierbuch

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Wandernder Würfel

Schlag den Raab!

Zeichne Dir auf kariertes Papier ein quadratisches Gitter

Wenn Du herausgefunden hast, wie es geht, probiere doch

Bei “Schlag den Raab“ gab es vor einiger Zeit ein Spiel,

(z.B. 4 x 4 für den Anfang), dessen Felder mindestens so

auch die folgenden Varianten aus:

bei dem die Kandidaten gegeneinander gewürfelt ha-

groß sind, dass ein Spielwürfel darin Platz hat.

Variante 1: Kannst Du für jeden Punkt im Raster angeben,

ben. Jeder durfte mit einem Würfel solange würfeln,

wie viele Züge man mindestens benötigt, um den Würfel

bis er entweder freiwillig aufgehört hat, oder eine 6

dass die 6 nach unten (auf das Papier) zeigt. Das erkennt

Platziere jetzt den Würfel in einer Ecke des Gitters, so

dorthin zu kippen und die 6 am Ende wieder unten zu ha-

gewürfelt wurde.

man leicht daran, dass die 1 dann oben ist.

ben?

Hört man freiwillig auf, erhält man die Summe der

Der Würfel darf von einem Feld in ein Nachbarfeld

Variante 2: Gib Dir jetzt Hindernisse, Mauern etc. in

wandern, indem er auf eine seiner Seiten kippt und damit

dem Raster vor, durch die man nicht hindurchkippeln darf.

andere Spieler ist an der Reihe. Kommt eine 6, erhält

in das entsprechende Nachbarfeld kippt. Dann liegt aller-

Wie ändern sich dann die Wege?

man 0 Punkte und der andere Spieler ist dran. Sieger

dings die 6 nicht mehr unten. Man kann den Würfel auch so lange geschickt wandern

Variante 3: Gib Dir 6 Punkte (mit Nummern 1-6) in dem Raster vor und stelle den Würfel mit der 1 oben auf

bisherigen Augen als Punkte gutgeschrieben und der

ist, wer zuerst 50 (oder mehr) Punkte erreicht. Das Problem ist, dass man, wenn man nur einmal

lassen, bis er in einem Zielfeld wieder mit der 6 unten an-

den ersten Punkt. Kippe dann so lange, bis er mit der 2

würfelt eine gute Chance hat, keine 6 zu würfeln, aber

kommt. Um zum Beispiel in ein direktes Nachbarfeld zu

oben beim zweiten Punkt ankommt, dann mit der 3 beim

man erhält auch nur wenige Punkte. Wird lange ge-

kommen und die 6 wieder unten zu haben, benötigt man

dritten usw. Wie viele Züge brauchst Du, um den ganzen

würfelt, dann steigt zwar die mögliche Punktzahl, aber

3 Kippzüge. Um in ein diagonal angrenzendes Feld zu ge-

Weg so abzuarbeiten?

die Chance, in vielen Runden eine 6 zu würfeln ist auch

langen braucht man 6 Züge. Findest Du heraus, wie es geht?

Variante 4: Spiele mit einem Freund. Ein Spieler gibt

sehr hoch. Irgendwo dazwischen muss es also eine

ein Zielfeld vor. Der andere muss den Würfel dorthin kip-

bestmögliche Zahl von Würfen geben, die man machen

pen (6 am Ende unten). Dann werden die Rollen getauscht.

sollte, um möglichst viele Punkte zu bekommen.

Zählt mit, wer die wenigsten Züge benötigt. Kontakt: Schülerlabor MathExperience · Dr. Falk Ebert · Technische Universität Berlin · Sekretariat Ma 3-1 Straße des 17. Juni 136 · 10623 Berlin · Telefon 030 314 29759 · [email protected] · www.matheon.de

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Die schwebende Kugel Mit ein bisschen Übung könnt ihr hier ein kleines Kunst-

Erklärung & Auswertung

stück lernen, wobei schnelle Luftströmungen ausgenutzt

Zunächst wirkt das Gewicht der Kugel (Schwerkraft), wes-

werden. Dies nennt man den Bernoulli-Effekt.

halb die Kugel nicht nach oben wegfliegt, es sei denn man pustet sehr stark. Wenn ihr nun Luft um die Kugel pustet,

Und so wird es gemacht:

verringert sich dort der Luftdruck. (Laut dem Herrn Ber-

Ihr braucht einen Trinkhalm mit Gelenk und eine Styro-

noulli verringert sich der Druck bei strömenden Medien, so

porkugel (Durchmesser 3 cm).

auch bei Luft und auch bei Wasser.)

Vorbereitung & Durchführung

gepustet wird, wirkt aber der normale Luftdruck. Dieser

Nehmt das lange Ende des Strohhalms in den Mund, das

Luftdruck ist natürlich größer als der Luftdruck innerhalb

kurze Ende zeigt senkrecht nach oben. Haltet die Styropor-

des Luftstroms und der Ball wird in dem Luftstrom gefan-

kugel über das eingeknickte kurze Stück. Nun wird gleich-

gen gehalten.

Außerhalb der Luftsäule, die von Euch um die Kugel

mäßig und konstant gepustet. Wichtig dabei ist, dass das kurze Stück des Strohhalms wirklich im rechten Winkel

Ideen zur Fortsetzung

nach oben zeigt und sich weder zur Seite noch nach vorn

Man kann auch einen aufgeblasenen Luftballon oder ei-

oder hinten schief neigt! Jetzt könnt ihr die Kugel loslassen.

nen Tischtennisball über einen Föhn (möglichst mit Kalt-

Beobachtung & Ergebnis

stufe) schweben lassen.

Wenn ihr alles richtig macht, fängt die Kugel an zu schweben, während ihr gleichmäßig pustet. Forschergarten und Gläsernes Labor · Claudia Jacob [email protected] · Bärbel Görhardt [email protected] Robert-Rössle-Straße 10 · 13125 Berlin · Telefon 030 94892930/23 · www.forschergarten.de

Säule mit niedrigem Luftdruck normaler Luftdruck

normaler Luftdruck

Wie fliegt ein Hubschrauber? Womit fliegt ein Hubschrauber?

Hubschrauber fliegen lassen, indem der Hubschrauber mit

Mit einem Propeller, der sich dreht und von einem Motor

ausgestrecktem Arm bei waagerecht stehenden Flügeln

angetrieben wird. Wie startet ein Hubschrauber? Senk-

losgelassen wird. Um eine bestimmte Abflughöhe zu ha-

recht. Und warum? Er braucht keinen Anlauf wie ein Flug-

ben, ist es günstig, wenn Ihr Euch auf einen Stuhl stellt.

Erst hier falten und nach innen klappen...

zeug nehmen, da sich die Propellerflügel kreisend selbst durch die Luft bewegen und die Luft drum herum strömen

Beobachtung & Ergebnis

kann.

Der Hubschrauber beginnt, sich von selbst in der Luft zu

Was Ihr für dieses Experiment braucht:

punkt ist und je senkrechter der Hubschrauber gehalten

1 Schere

wird, desto besser.

drehen und fällt so langsam zu Boden. Je höher der Start-

1 Büroklammer und 1 das vorgezeichnete Hubschraubermodell rechts

Erklärung & Auswertung Der Papierhubschrauber fällt wegen der Schwerkraft her-

Vorbereitung & Durchführung

unter und wird durch die Flügel im Fall gebremst. Die Luft

Zum Basteln eines Hubschraubers schneidet Ihr das Hub-

strömt dabei um die Flügel herum und versetzt den Hub-

schraubermodell an den durchgezogenen Linien aus und

schrauber in Drehung. Bei einem echten Hubschrauber

die inneren Linien ein. An den gestrichelten Linien faltet

werden die Propeller durch einen Motor zum Rotieren ge-

Ihr den Propeller, und der untere Teil wird mit einer Büro-

bracht. Die Propellerflügel sind auf der Oberseite so gebo-

klammer (als Pilot) fixiert. Anschließend könnt Ihr die

gen wie die Tragflächen bei einem Flugzeug.

Forschergarten und Gläsernes Labor · Claudia Jacob [email protected] · Bärbel Görhardt [email protected] Robert-Rössle-Straße 10 · 13125 Berlin · Telefon 030 94892930/23 · www.forschergarten.de

... dann hier falten und nach innen klappen…

schneiden falten

…und am Schluss hier falten, nach innen klappen und mit der Büroklammer fixieren.

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Wenn die Flügel sich drehen, strömt die Luft so um sie herum, dass oben die Luft schneller strömt und der Unterdruck den Hubschrauber nach oben saugt. Dadurch kann er sich in die Luft hochschrauben (Auftrieb). Der Begriff Hubschrauber kommt von „heben“ und „schrauben“. Viele Kinder denken bei „Hub“ immer an das Hupen. In der Natur findet man dieses Schrauben durch die Luft auch, nämlich beim Ahornsamen (und Lindensamen), wenn er vom Ahornbaum fällt. Die Samen drehen sich beim Herunterfallen um sich selbst und können so vom Wind weit weggetragen werden. Ideen zur Fortsetzung Natürlich kann man das mit selbst gesammelten Ahornsamen ausprobieren. Es funktioniert sogar mit getrockneten Samen.

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Was blubbert in der Brause? Stelle ein Teelicht in ein ausreichend hohes Glas, fülle et-

Anmerkung: Kohlenstoffdioxid wird in manchen Feuerlö-

was Wasser hinein und gebe großzügig Brausepulver hin-

schern benutzt, um Brände zu ersticken.

zu. Die Brause blubbert und nach kurzer Zeit erlischt die Kerze. Sie lässt sich auch nicht wieder ohne weiteres ent-

Zusatzexperiment:

zünden. Erst wenn man kurz, aber heftig, in das Glas ge-

Klebe zwei oder drei unterschiedlich hohe Kerzen in das

pustet hat, gelingt es wieder.

Glas! Anschließend führe das Experiment wie oben beschrieben durch! Die Kerzen erlöschen nacheinander – die

Erklärung:

kürzeste Kerze zuerst, anschließend die mittlere, dann die

Das freiwerdende Gas ist Kohlenstoffdioxid (kurz: Kohlen-

höchste.

dioxid). Es handelt sich um vollständig verbrannten Kohlenstoff. Die chemische Formel lautet: CO2 - hierbei sind

Erklärung:

C = Carbonium = Kohlenstoff und O = Oxygenium = Sauer-

Kohlenstoffdioxid ist dichter als Luft. Daher füllt sich das

stoff. Dieses farblose Gas verdrängt die Luft im Glas, so

Glas von unten her mit CO2 und die unterste Kerze ver-

dass der Flamme kein Sauerstoff mehr zur Verfügung steht.

löscht zuerst.

Daher erlischt die Flamme. Das CO2 bleibt im Glas, auch wenn das Blubbern längst geendet hat. Daher kann man die Kerze nicht wieder anzünden. Erst wenn man das CO2

herausgeblasen hat, lässt sich die Kerze wieder entzün-

den. Schüler/innen/labor „PhysLab“ · Freie Universität Berlin · Jörg Fandrich Arnimallee 14 · 14195 Berlin · Telefon 030 83856772 · [email protected] www.physik.fu-berlin.de/physlab

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Der Seiltänzer (Einen Korken auf dem Finger balancieren) Balanciere einen Korken auf dem Finger! Das ist keine

Anmerkung:

leichte Aufgabe. Wenn man jedoch zwei Gabeln so in den

Den gleichen Trick benutzen Seiltänzer, wenn sie eine Ba-

Korken steckt, dass diese sich gegenüber stehen und seit-

lancierstange verwenden. Diese Stange ist niemals starr,

lich herunterragen, geht dies ganz leicht.

sondern relativ lang und elastisch. Sie neigt sich zu beiden Seiten herab und senkt so den Schwerpunkt. Auch wenn

Erklärung:

der Seiltänzer mit einem Fahrrad über das Seil fährt, sind

Legt man den Korken ohne Gabeln auf den Finger, so ist

unterhalb des Fahrrads Massestücke angebracht, die den

der Schwerpunkt des Systems oberhalb des Auflagepunk-

Schwerpunkt entsprechend absenken.

tes (= der Fingerkuppe). Ein solches System ist labil, das heißt, es kippt schon bei kleinen Störungen seitlich ab.

(Es ist also keine Kunst, mit diesem Fahrrad über das Seil zu fahren – jeder könnte dies! Hingegen ist es eine große

Die Gabeln senken den Schwerpunkt des Systems weit

Kunst, sich OHNE Balancierstange oder präpariertes Fahr-

nach unten ab. So kann erreicht werden, dass der Schwer-

rad über das Seil zu bewegen.)

punkt unterhalb des Auflagepunktes (= der Fingerkuppe) liegt. Somit ist die Lage stabil, ein Kippen ist fast ausgeschlossen.

Schüler/innen/labor „PhysLab“ · Freie Universität Berlin · Jörg Fandrich Arnimallee 14 · 14195 Berlin · Telefon 030 83856772 · [email protected] www.physik.fu-berlin.de/physlab

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Das durstige Glas (Erwärmung von Gasen) Stelle ein Teelicht auf eine Untertasse, entzünde es, gieße

Erstens strömt das Wasser erst dann in das Glas, wenn

etwas Wasser auf die Untertasse, stülpe ein Glas über das

die Kerze erlischt – die Flamme „verbraucht“ aber schon

Teelicht und beobachte.

vorher kontinuierlich Sauerstoff, das Wasser müsste also schon viel früher hereinströmen.

Beobachtung:

Zweitens erzeugt der Verbrennungsprozess in gleicher

Zuerst blubbern einige Blasen an der Unterseite des Glases

Menge gasförmige Reaktionsprodukte, wie er der Luft Sau-

heraus, dann erlischt das Teelicht, schließlich steigt das

erstoff entzieht – es bleibt also gar kein „leerer Raum“,

Wasser ins Glas.

der gefüllt werden müsste. Richtig ist vielmehr: Die Kerzenflamme erhitzt die um-

Erklärung:

gebende Luft. Diese dehnt sich aus, was man an den

In manchen Lehrbüchern findet man die Erklärung, dass

„Blubberblasen“ sieht, die seitlich aus dem Glas quellen.

der Luftsauerstoff durch die Verbrennung „verbraucht“

Sobald die Flamme den Sauerstoff „verbraucht“ hat, er-

wird und darum das Wasser ins Glas strömt, um die Leere

lischt sie und die Wärmequelle versiegt. Die Luft im Glas

des verbrauchten Sauerstoffs zu füllen. Diese Erklärung ist

kühlt sich ab, zieht sich daher zusammen und „saugt“ das

falsch!

Wasser ein (Besser gesagt: Im Glas entsteht ein Unterdruck und der äußere Luftdruck drückt das Wasser in das Glas hinein.).

Schüler/innen/labor „PhysLab“ · Freie Universität Berlin · Jörg Fandrich Arnimallee 14 · 14195 Berlin · Telefon 030 83856772 · [email protected] www.physik.fu-berlin.de/physlab

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Der Flaschenteufel Du kannst dir einen Flaschenteufel bauen, der in einer

Wasser, dass es im Wasser gerade noch schwimmen kann.

Plastik-Wasserflasche sinken, steigen und schweben kann.

Dein Flaschenteufel ist fertig! Nun kannst du deinen Fla-

Dafür musst du nur die Flasche verschieden stark zusam-

schenteufel in die große Plastikflasche tun und die Flasche

mendrücken.

schließen. Wenn du jetzt die Flasche zusammendrückst, geht dein Teufel unter und wenn du dann etwas weniger

Du brauchst für den Flaschenteufel:

drückst, so kann er schweben. Ohne Druck steigt er wieder

77 ein leeres Backröhrchen

nach oben.

77 eine Farbfolie ca. 10 x 7 cm 77 einen wasserfesten Folienstift

Erklärung:

77 eine große Plastikflasche mit breiter Öffnung

Wie kann es sein, dass ein Flaschenteufel sinken, steigen

77 Wasser

und schweben kann, wo doch andere Körper nur eines

Du nimmst zuerst die Folie und zeichnest darauf eine Figur,

an! Wenn du die Flasche drückst, fließt Wasser in das

die mindestens 5cm x 4cm groß ist und schneidest sie aus.

Backröhrchen. Der Flaschenteufel wird schwerer und sinkt.

Du kannst dafür auch den Schmetterling aus der Vorlage

Wenn du dann den Druck verringerst, geht wieder etwas

davon können? Schaue dir deinen Flaschenteufel genau

auf die Folie abzeichnen. An den beiden Linien in der Mit-

Wasser heraus, der Flaschenteufel schwebt. Wenn du nicht

te musst du die Folie einschneiden und das Backröhrchen

mehr auf die Flasche drückst, geht so viel Wasser heraus,

durch die Öffnung stecken (Backröhrchen mit der Öffnung

dass der Wasserstand vom Anfang erreicht wird. Dann ist

nach unten!). Jetzt füllst du das Backröhrchen mit so viel

der Teufel wieder leichter und steigt nach oben.

UniLab Adlershof · Schülerlabor des Instituts für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin · Wiebke Krambeck Newtonstraße 15 · 12489 Berlin · 030 2093-7945 · [email protected] · unilab.physik.hu-berlin.de

Kontakt TSB Technologiestiftung Berlin Annette Kleffel Fasanenstraße 85 · 10623 Berlin Telefon +49 (0) 30 46 30 25 02 Telefax +49 (0) 30 46 30 24 44 [email protected] www.tsb-berlin.de

Dieses Vorhaben wird aus Mitteln der Investitionsbank Berlin gefördert, kofinanziert von der Europäischen Union. Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung. Investition in Ihre Zukunft