Streichholzköpfe werden als Cartesianische Taucher verwendet.

Material: Glasflasche ·(Besser Plastikflasche mit Verschluss) passender Gummistopfen oder ein Stück Luftballon-Material und Gummiringe · Streichhölzer oder alternativ: Kugelschreiberhülse und Knetmasse Aufbau und Durchführung: (Auf CD Freihandversuche von H.Hilscher ist dazu ein Video) In eine ganz mit Wasser gefüllte Glasflasche gibt man die Köpfe einiger Streichhölzer und verschließt sie mit einem passenden Gummistopfen ohne Lufteinschluss. Statt des Gummistopfens kann auch die Haut eines Luftballons verwendet werden (mit Gummiringen festmachen) , notfalls auch ein Finger im Flaschenhals zur Druckausübung. Übt man nun Druck auf den Gummistopfen aus, so werden je nach Druck einzelne Streichholzköpfe steigen, sinken oder schweben (siehe linke Abb.). Oder man verwendet den unteren Teil einer Kugelschreiberhülse(der Teil, der die Öffnung für die Kugelschreibermine besitzt) als "Taucher". Man dichtet das größere Loch mit so viel Knetmasse ab, dass die Hülse im Wasser gerade noch schwimmt (Schnittzeichnung rechte Abb.). Beim Einsetzen des Tauchers in die Flasche ist darauf zu achten, dass die Öffnung nach unten zeigt. Dreht sich während des ersten Tauchgangs die Hülse um 180° wird sie stabile Stellung einnehmen, bei der die Öffnung nach oben weist.

Erklärung (geht über den Stoff der 7. Klasse hinaus):
Ob ein Körper in einer Flüssigkeit zu Boden sinkt, schwebt, oder nach oben steigt hängt von der Resultierenden aus Auftriebs- und Gewichtskraft ab, die auf den Körper wirkt. In den beiden Varianten des Experiments wird durch Druckänderung die Auftriebskraft verändert, während die Gewichtskraft gleich bleibt. Auf welche Weise der Druck die Auftriebskraft beeinflusst ist in beiden Fällen völlig verschieden. Bei der Streichholzversion basiert das Verhalten des "Tauchers" auf der vom Druck abhängigen Löslichkeit von Luft in Wasser (allgemein von Gasen in Flüssigkeiten). Je höher der Druck ist, desto mehr Luft löst sich im Wasser. Bei äußerem Luftdruck d.h. ohne zusätzlichen über den Gummistopfen auf das Wasser ausgeübten Druck haften Bläschen nicht gelöster Luft an der Oberfläche des "Tauchers". Mit zunehmendem Druck verkleinern sich die Bläschen durch Lösen der Luft in Wasser. Dadurch verringert sich das Volumen des "Tauchers", also das Volumen der Flüssigkeit, die durch den "Taucher" verdrängt wird, und damit der Auftrieb. Bei hohem Druck können die Bläschen sogar ganz verschwinden. Untersuchungen zur Erklärung wurden von J. Grosu und O. Baltag durchgeführt. Bei der Variante mit der Kugelschreiberhülse verringert (vergrößert) sich der Auftrieb dadurch, dass sich bei Zunahme (Abnahme) des Druckes das Volumen der eingschlosse-nen Luft und damit das Volumen der verdrängten Flüssigkeit verringert (vergrößert). Mit diesen Experimenten wird das Wechselspiel zwischen Gewichtskraft und Auftriebskraft beim Steigen, Schweben oder Sinken eindrucksvoll demonstriert.

Bemerkungen:
Der Name Cartesianischer Taucher wird schon in alten Physikbüchern für eine derartige Versuchsanordnung verwendet. Obwohl der Cartesianische Taucher angeblich bereits im Altertum bekannt war, nennen einige Quellen als seinen Erfinder Raphael Magiotti in Rom (1648), andere dagegen schreiben die Erfindung, aufgrund seines Namens, dem französischen Philosophen und Naturwissenschaftler René Descartes (lat.: Renatus Cartesius) (1596-1650) zu, nach dem auch das von ihm eingeführte Kartesische Koordinatensystem in der Mathematik benannt ist.

Literatur:
Hilscher, H.: Universität Augsburg Institut für Didaktik der Physik CD-ROM Freihandexperimente
Zeier, E.: Physikalische Schulversuche, Freihandversuche, kleine Experimente, Aulis Verlag Deubner & Co.KG, Köln 1986

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