Knete ist nicht gleich Knete.

Manchmal erlebt man Überraschungen, doch aus Überraschungen werden Ideen und Hypothesen geboren, die letztlich zu Erkenntnissen führen.
Dieser Satz gilt nicht nur für die Physik als Wissenschaft, sondern auch für die Physik als Unterrichtsfach.

Die Vorgeschichte.

Im Naturphänomene-Praktikum der Klassen 5 wurden Fadenpendel untersucht. Da in der Schule zu wenig fertige Fadenpendel vorhanden waren, und es auch an "Knete" fehlte, um weitere zu machen (im doppelten Wortsinn!), bat ich die Schülerinnen und Schüler, doch Knetmasseklumpen an einem Faden mitzubringen.
Für das Pendel spielt ja die Masse des Pendelkörpers keine Rolle, daher war es auch unkritisch, was die Schülerinnen und Schüler als Pendelkörper wählten.

Nicht alle Schülerinnen und Schüler nahmen ihr Pendel danach wieder mit nach Hause, so dass dann später Pendel ganz unterschiedlichen Ursprungs in einer Kiste landeten.

Überraschung im Praktikum.

Wenig später stand dann im Physikunterricht des G8-Zugs (Klasse 7 oder Klasse 8) das Thema "Dichte" auf dem Programm. Nach der Bestimmung der Dichte bei regelmäßigen Körpern sollten die Schüler in der Folgestunde die Dichte von unregelmäßig geformten Körpern mit Hilfe der Differenz- und Überlaufmethode bestimmen. Zu diesem Zweck wurden unregelmäßige Metallstücke, Steine und Knetmasseklumpen - aus der Pendelkiste - bereitgelegt. Im Praktikum kam dann die Überraschung: die meisten Knetmasseklumpen sanken - wie erwartet - ab, andere schwammen hingegen auf dem Wasser auf! Knete ist offensichtlich nicht gleich Knete! Ein Teil der Knete war die "übliche" Knete, in diesem Falle eine von  Faber-Castell aus dem Schreibwarenladen (blauer Klumpen im linken Überlaufgefäß). Die Schüler hatten für das Pendelpraktikum teilweise Knete von  Play-Doh (von Haspro) mitgebracht, wie man sie in Spielwarengeschäften bekommt (gelber Klumpen im rechten Gefäß).

Missgeschick oder Chance?

Was zunächst als "Missgeschick" begann, bietet aber didaktisches Potential! Es wirft eine Menge Fragen auf, die den Forschergeist der Schülerinnen und Schüler herausfordern.

• Wie bestimme ich denn dann das Volumen eines Körpers, wenn er nicht ganz ins Wasser einsinkt?

Die meisten Gruppen kamen auf die Idee, den Knetmasseklumpen mit dem Finger unter Wasser zu drücken, wobei man natürlich Acht geben musste, dass der Finger nicht auch noch Wasser verdrängte.

• Sinkt der eine Knetmasseklumpen vielleicht nur deshalb nicht ab, weil er zu klein ist?
  Sinkt er, wenn man ihn größer macht?

Auch diese Idee kommt dann bei den Schülerinnen und Schülern auf - und wird natürlich sofort probiert. Sie merken dann schon, dass es auf die Größe des Knetmasseklumpens gar nicht ankommt. Es muss also am Material liegen, Knete ist eben nicht gleich Knete. Der größere gelbe Play-Doh Klumpen sinkt dennoch nicht ab, obwohl der kleinere blaue Klumpen untergeht (vgl. Bild). Die Bestimmung der Dichte für die normale Knete ergibt etwa 1.5 g/cm3, für die Play-Doh-Knete etwa 0.8 g/cm3.

Laut Informationen der Firma Haspro hat die Play-Doh-Knete als Hauptbestandteile Wasser (44 %) und Mehl (35 %) sowie diverse Salze (etwa 12 %), Öle, Pigmente und Duftstoffe. Da Mehl auf Wasser schwimmt, führt dies insgesamt zu einer Dichte kleiner als 1 g/cm³

Im weiteren Unterrichtsgang wird man dann auch die Dichte von Flüssigkeiten, auf jeden Fall aber die Dichte von Wasser bestimmen. Diese ist bekanntlich recht genau 1 g/cm³.
Hat man dieses Ergebnis, dann drängt sich die Frage auf:

• Was bestimmt, ob ein Körper in Wasser schwimmt oder absinkt?

Die Schülerinnen und Schüler kommen dann meist gleich auf die richtige Idee, dass (massive) Körper mit einer Dichte größer 1 g/cm³ sinken müssen, während Körper mit einer Dichte kleiner 1 g/cm³ schwimmen.

Das lässt sich im Experiment dann sofort mit einem Holz- und einem Aluminiumklotz überprüfen.

Weitere Möglichkeiten.

Wenn es nur um die Besprechung der Dichte geht, wird man weitere Untersuchungen an dieser Stelle abbrechen.

Natürlich kann auch noch weitergehende Fragen untersuchen:

• Warum schwimmt dann auch ein großes Schiff - es ist doch aus Eisen und Eisen hat eine größere Dichte als Wasser?!
• Warum taucht ein beladenes Schiff tiefer ein als ein leeres?
• Welche Kräfte wirken auf das Schiff?

Man könnte hier also nach der Dichte auch auf die Auftriebskraft und den Satz von Archimedes eingehen und evtl. sogar das Kräftegleichgewicht und das Zusammenwirken von Kräften am Beispiel des schwimmenden Knetmasseklumpens erarbeiten.
Anregungen dazu finden Sie auf dieser Seite:  Satz des Archimedes - Grundlagen

Fazit:

Wenn ich das nächste mal wieder das Thema Dichte mit einer Anfängerklasse bespreche, werde ich bewußt zwei verschiedene Sorten Knete einsetzen. Das motiviert das Thema noch mehr und bietet Raum für hypothesen-orientiertes Lernen.

Möchte man das Projekt noch größer anlegen (evtl. für NwT), dann könnte man verschiedene Arten von Knete evtl. sogar selber herstellen und in ihrem Verhalten vergleichen.

Weiterführende Links zum Thema Knetmasse:

Wer sich für die Zusammensetzung von Knetmasse interessiert, oder Knetmasse selber herstellen möchte, wird vielleicht auf diesen Seiten fündig:

 http://www.becksplastilin.de/
 http://www.bastelstunde.de/Formen/Knete/knete.html
 http://www.kindergaudi.de/kigacms/basteln/katlist.htm?&rid=3&cid=97

Für weitere Informationen ist auch die Suche in einer Suchmaschine mit dem Stichwort "Plastilin" hilfreich.

Klaus-Dieter Grüninger, Landesbildungsserver, 2010