Landesbildungsserver Baden-Württemberg - Schwimmen oder Sinken - alles eine Frage der Dichte
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Schwimmen oder Sinken - alles eine Frage der Dichte.


Viele dieser Experimente kannst Du leicht selbst Zuhause ausprobieren. Die entsprechenden Gegenstände hast Du vielleicht Zuhause oder lassen sich leicht beschaffen. Statt eines Aquariums tut es notfalls auch ein mit Wasser gefüllter Eimer.


1. Festkörper in Wasser

1.1 Verschiedene Kugeln im Aquarium.

Auf diesem Foto erkennt man drei gleich große, massive Kugeln aus unterschiedlichen Materialien.

Ist die Dichte eines Stoffes größer als die Dichte von Wasser (1 g / cm3), dann sinkt der Körper ab.
Ist die Dichte des Stoffes kleiner als 1 g / cm3, dann schwimmt der Körper.
Gleiches Volumen, unterschiedliche Dichte
Die Dichte bestimmt, ob ein Körper schwimmt oder sinkt.

Die silberfarbene Stahlkugel sinkt ab, denn Stahl hat eine größere Dichte als Wasser (etwa 7,8 g / cm3)

Die rote Holzkugel schwimmt, sie sinkt dabei etwa mit halbem Volumen im Wasser ein, denn die Dichte von Holz ist etwa 0,5 g / cm3.

Die weiße Styroporkugel schwimmt ebenfalls und sinkt noch weniger ein, denn die Dichte von Styropor ist nur etwa 0,017 g / cm 3


1.2 Knete ist nicht gleich Knete

Im Bild erkennst Du zwei Knetmasseklumpen, die in ein Wasserbecken geworfen wurden.
Dabei kann man manche Überraschung erleben!

Während die meiste Knetmasse (Plastillin) in Wasser absinkt, schwimmt die "Play-Doh"-Knete obenauf.

Dass es dabei auch gar nicht auf die Größe des Körpers ankommt, zeigt das Bild:
Der große, gelbe Klumpen aus Play-Doh schwimmt, der kleinere, blaue Klumpen Plastillin sinkt ab.Wichtig ist allein die Dichte der Knetmasse.

Ist sie (wie bei Play-Doh) kleiner als 1 g / cm3 - und damit kleiner als die Dichte von Wasser - schwimmt die Knete. Ist die Dichte einer Knetmasse größer als 1 g / cm3, dann sinkt sie ab.

Knete ist nicht gleich Knete
Knete ist nicht gleich Knete

Mehr dazu erfährt man auch auf   dieser Seite auf dem Landesbildungsserver.

Dass es nicht auf die Größe eines Körpers sondern auf seine Dichte ankommt, kennst Du vielleicht auch noch in einem anderen Zusammenhang:
ein riesiger Baumstamm (oder auch ein Floß) schwimmt im Wasser, während ein ins Wasser geworfener kleiner Kieselstein sofort absinkt!


1.3 "Schwimmen" im Salzwasser - ein Sonderfall.

Wie im Toten Meer: Schwimmen ohne Bewegung
Fast wie im Toten Meer: schwimmen ohne Bewegung

Der menschliche Körper besteht zu etwa 60 - 70 % aus Wasser. Wegen der anderen Bestandteile ist aber die Dichte unseres Körpers etwas größer als die Dichte von Wasser.
Im Normalfall können wir uns nicht einfach ins Wasser legen und "schwimmen", so dass uns die Auftriebskraft vollständig trägt. Wir müssen "schwimmen" - also Bewegungen machen - damit wir nicht absinken..

Etwas anders ist es, wenn wir im Salzwasser sind. Salzwasser hat ebenfalls eine Dichte, die etwas größer als 1 g / cm3 ist.

Im Toten Meer kann man sich einfach ins Wasser legen und geht nicht unter. Das Wasser dort hat aber auch einen Salzgehalt von etwa 30 % !
(Zum Vergleich: Nordsee etwa 3 %, Ostsee 0,8 %, Mittelmeer 3,7 %).

Aber auch schon bei einem geringerem Salzgehalt als 30 % kann das gelingen. Das Foto entstand in den externer Link königlichen Kristallthermen in Schwangau (nahe Füssen). Dort gibt es ein Außenbecken, das einen Salzgehalt von 12 % hat. Dies genügt bereits, dass man sich auch ohne Schwimmbewegungen einfach ins Wasser legen kann, ohne abzusinken!
Ein ähnliches Becken gibt es auch in der externer Link Frankentherme in Bad Windsheim (nicht weit von Rothenburg ob der Tauber). Außerdem gibt es dort Europas größten, ganzjährig beheizten Salzsee mit einem Salzgehalt von 26,9 %. Das kommt dem Toten Meer schon ziemlich nahe.


1.4 Die Hausfrau und das Ei.

Woran kann man erkennen, ob ein Ei geniesbar und frisch ist, oder alt und gar verdorben?
Das kann man einem Ei von außen kaum ansehen und wenn man es dann gegessen hat, ist es zu spät!
Wie kann man also schon vorher feststellen, ob das Ei geniesbar ist?

Auch andere organische Strukturen - wie z.B. Eier - haben eine ähnliche Dichte wie wir Menschen
- etwas mehr als 1 g / cm3.
Die Dichte eines Eis verändert sich aber im Laufe der Zeit.

Dies macht sich die Hausfrau mit folgendem Test zu Nutze, sie legt das Ei in ein Glas mit Wasser:

  • Ist das Ei frisch, hat es eine Dichte von mehr als 1 g / cm3, es sinkt ab und liegt flach am Boden.

Wenn man ein Ei lagert, dann verdunstet Wasser durch die poröse Eischale. Die Luftblase im Ei wird dabei größer.
Bei gleichem äußeren Volumen V wird die Masse m des Eis also im Laufe der Zeit kleiner - mit anderen Worten, seine Dichte ρ = m / V nimmt ab.

  • Ein Ei, das immer noch am Boden des Gefäßes ist, sich aber aufrichtet, ist dann schon zwei bis drei Wochen alt und sollte bald gegessen werden.
    Es richtet sich auf, weil die Luftblase an der Spitze des Eis ist.

Wird das Ei noch älter, nehmen seine Masse und seine Dichte noch weiter ab.
Schließlich sinkt das Ei gar nicht mehr ab, sondern schwimmt, nun ist seine Dichte kleiner als 1 g / cm3 .

  • Ein solches Ei, das im Wasserglas schwimmt, ist etwa 2 Monate alt und nicht mehr geniesbar.
    Weg damit!
Dieses Ei ist frisch
Dieses Ei ist frisch.

2 Flüssigkeiten und Flüssigkeiten.

2.1 Öl schwimmt auf Wasser

Schichtung verschiedener Flüssigkeiten

Öle haben eine Dichte von etwa 0,8 bis 0,9 g / cm3- also weniger als Wasser.
Daher schwimmt Öl auf Wasser auf. Beide Flüssigkeiten durchmischen sich normalerweise nicht.

Bei einem Tankerunglück bleibt das Öl an der Wasseroberfläche und kann dann vielleicht noch eingegrenzt und abgesaugt werden, bevor es die Küste erreicht.
Da es nicht absinkt, bewahrt es die Fische unter einem "Ölteppich" evtl. vor dem sicheren Tod. Für die Seevögeln hingegen ist ein Ölteppich fatal. Sie werden von dem ruhigen "Wasser" angezogen. Ihr Gefieder verklebt und sie können nicht mehr fliegen. Sie können so keine Nahrung mehr finden und verhungern. Die Tier nehmen außerdem Teile des Öls durch die Haut auf und werden dadurch vergiftet.

Im Bild:
Spiel mit Flüssigkeiten verschiedener Dichte
- Österreichs Farben (rot-weiß-rot) invertiert.


Ganz unten im Reagenzglas ist Tetrachlorethen (früher: Tetrachlorethylen) mit einer Dichte von 1,62 g / cm3, dann folgt in der Mitte Wasser (Dichte 1 g / cm3), das mit Cochenillerot angefärbt wurde. Oben in der Schichtung ist Sonnenblumenöl (Dichte etwa 0,8 g / cm3.)

Dies ist kein Hausversuch:
Chlorierte Kohlenwasserstoffe (also auch Tetrachlorethen) sind nicht unproblematisch. Sie sind gesundheitsschädlich, möglicherweise bei längerem Kontakt krebserregend und dürfen nicht über das Abwasser entsorgt werden. Es wurde hier nur wegen des Fotos benutzt und anschließend ordnungsgemäß entsorgt.

2.2 Cola oder Cola-Light?

Die meisten Erfrischungsgetränke haben einen sehr hohen Zuckeranteil. Dadurch haben sie auch eine größere Dichte als Wasser. Legt man also eine Dose mit Cola ins Wasser, so wird sie absinken.

Weil Zucker dick macht, greifen ernährungsbewusste Menschen dann oft zur "light" Version des gleichen Getränks. Bei dieser ist der Zucker durch Süßstoff ersetzt. Daher ist bei diesen Getränken die Dichte geringer.
Je nach den anderen Bestandteilen kann dann sogar die gesamte Dichte des Getränks kleiner als 1 g /cm3 werden.
Eine Dose mit einem solchen Getränk schwimmt dann im Wasser.

Die Cola-Light Dose schwimmt
Die Cola-Dose sinkt, die Cola-Light-Dose schwimmt.

Das Volumen der Dosen und die Masse der Aluminiumdose ist bei beiden Dosen gleich und spielt daher keine Rolle.
Da die rechte Dose fast komplett ins Wasser eintaucht, ist die Dichte von Cola-Light nur unwesentlich kleiner als die Dichte von Wasser.

Diese Tatsache kann man sich für den folgenden Trick zu Nutzen machen:


2.3 Partigag und Überraschung im Selbstbedienungsrestaurant.

Lustig: Cola light auf Fanta
Lustig: "Spezi" einmal getrennt

Sieht der Inhalt dieses Trinkglases nicht lustig aus?

Zuerst wurde Limonade eingefüllt (z.B. Fanta). Danach wurde die zweite Hälfte des Glases mit Cola-Light befüllt. Die Limonade hat - wegen des großen Zuckergehalts - eine größere Dichte und bleibt daher unten im Glas, das Cola-Light mit kleinerer Dichte bleibt oben.
Es dauert schon mehrere Minuten - vor allem wenn die Getränke kalt sind - bis sich die beiden Flüssigkeiten durchmischen und ein gleichmäßiges "Spezi" entsteht.

Füllt man in umgekehrter Reihenfolge ein - also zuerst Cola-Light und dann Fanta - dann klappt der Trick nicht. Die Flüssigkeiten durchmischen sich sofort.

Auch bei "richtiger" Reihenfolge muss der Trick nicht immer gelingen:
Fertiggetränke aus dem Supermarkt haben oft eine etwas andere Dichte als das "gleiche" Produkt im Selbstbedienungsrestaurant. Dort wird das Getränk meist aus Konzentrat und Wasser gemischt.
Die Chance, dass der Trick funktioniert, ist dort höher.


Wenn Du noch weitere lustige / verblüffende Experimente zu Sinken und Schwimmen kennst, nehmen wir diese gerne auf.
Schreibe einfach an die Fachgruppe Physik (E-Mail-Adresse in der Fußleiste).

Fotos: Rebekka Grüninger,
Klaus-Dieter Grüninger, Landesbildungsserver

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