Auf dem Experimentiertisch stehen zwei Messzylinder, die bis zur gleichen Höhe mit je 200 ml eingefärbter Flüssigkeiten gefüllt sind: In dem einen Messzylinder befindet sich Spiritus, in dem anderen Wasser. In beide Zylinder taucht jeweils ein Rohr bis zur gleichen Tiefe ein. Diese sind durch ein "Y-Stück" miteinander verbunden (siehe Abbildung). Bläst man nun in das mit einem Schlauch verbundene obere Ende des Y-Stücks hinein, kann man beobachten, dass die gesamte Luft nur in dem mit Spiritus befüllten Gefäß austritt.

Warum tritt die Luft nur in dem Messzylinder aus, der mit Spiritus befüllt ist?

Jede Flüssigkeit, die in einem Gefäß eine stehende Säule bildet, übt einen bestimmten Druck aus. Dieser ist abhängig von der Höhe der Flüssigkeitssäule und der Dichte der Flüssigkeit.

In dem Kopfball-Experiment waren beide Messzylinder gleich hoch befüllt, und somit die Höhe der Flüssigkeitssäule identisch. Allerdings wurden zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte verwendet, was den beobachteten Effekt erklärt. Bläst man nämlich durch den Schlauch die Luft zu den beiden Messzylindern hin, kann aus dem Schlauchende erst dann Luft austreten, wenn der durch die Lunge ausgeübte Luftdruck größer als der Druck der stehenden Flüssigkeitssäule ist. Dies geschieht beim Spiritus, der eine Dichte von 0,79 kg/l hat, natürlich eher als beim Wasser, welches 1 kg pro Liter wiegt. Der hydrostatische Druck liegt also im Spiritus rund ein Fünftel niedriger als im Wasser.

Die Luft gelangt dementsprechend zuerst in den Messzylinder, der mit Spiritus gefüllt ist und daher dem Luftdruck einen geringeren Druck entgegensetzt. Möchte man beide Messzylinder belüften, muss man aufgrund des Dichteunterschieds der beiden Flüssigkeiten den mit Spiritus befüllten Messzylinder um ein Fünftel höher befüllen. In diesem konkreten Fall müssten also noch 40 ml eingefüllt werden. Dann ist der von den Flüssigkeiten ausgeübte Druck in beiden Gefäßen gleich, und es tritt aus beiden Messzylindern Luft aus. Füllt man noch mehr Spiritus ein, so tritt nur noch aus dem mit Wasser gefüllten Behältnis Luft aus, da nun dort der geringere Druck herrscht.

Die Idee zu diesem Experiment hatte Günter Kriemann aus Rogeez (Müritzkreis).