In eine entleerte Coladose wird ein Teelöffel Wasser gegeben. Die Dose wird nun über einem Bunsenbrenner so lange erhitzt, bis das Wasser kocht und der entstehende Wasserdampf aus der Dosenöffnung austritt, die Dose also vollständig mit Wasserdampf gefüllt ist. ( ACHTUNG : Die Dose wird natürlich sehr heiß und muss daher mit einer (Tiegel-) Zange o.ä. festgehalten werden; Schutzbrille tragen!)

Nun taucht man die Dose schnell kopfüber in ein Gefäß mit kaltem Wasser aus dem Kühlschrank (eine Eintauchtiefe von 4 cm reicht bereits aus). Dabei implodiert die Coladose, sie knickt also nach innen zusammen.

In dem Video von Prof. Avimov (nur auf CD) wird die Implosion eindrucksvoll demonstriert.

1. Warum implodiert die Coladose?

2. Warum saugt sich die Coladose stattdessen nicht mit Wasser voll?

Durch das Erhitzen des Wassers in der Coladose bildet sich Wasserdampf. Er verdrängt die in der Coladose befindliche Luft. Die Wassermoleküle des Wasserdampfs nehmen bei hoher Temperatur aufgrund ihrer hohen Teilchenbewegung viel Platz ein. Das heißt, es sind nun insgesamt weniger Gasteilchen in der Coladose, da sich vorher sowohl die Luftteilchen als auch die Wasserteilchen in der Dose befanden. Durch das Verdampfen des Wassers sind aber nur noch Wasserdampfteilchen in der Dose, die den gesamten Innenraum ausfüllen. Wird die Coladose nun schnell in das Wassergefäß eingetaucht, kühlt sich der Wasserdampf schlagartig ab: Er wird also wieder flüssig. Durch die Kondensation des Wasserdampfes bilden sich Wassertropfen, welche ein wesentlich geringeres Volumen einnehmen; nämlich etwa nur ein 1200stel der Gasform. Die Kondensation vollzieht sich sehr schnell, weil zum einen die Siedetemperatur des Wassers deutlich unterschritten wird. Zum anderen gelangen durch das Eintauchen der Dose sogenannte Kondensationskeime an den Rand der Trink-Öffnung, die diesen Vorgang noch beschleunigen. In der Coladose entsteht also schlagartig ein Unterdruck, der ausgeglichen werden muss. Das könnte dadurch geschehen, dass Wasser aus dem Gefäß in die Coladose einströmt. Dies findet aber aufgrund der Massenträgheit des Wassers kaum statt. Stattdessen implodiert die Coladose, da die dünne Wand dem entstandenen Unterdruck nicht standhalten kann. Der Luftdruck knickt die Dose zusammen. Dadurch wird das Volumen des Doseninnenraums verkleinert und somit der Druckausgleich geschaffen.

Im allgemeinen kommen alle Elemente und Verbindungen– je nach Temperatur und Druck – in einem bestimmten Aggregatzustand vor: So ist Wasser bei gewöhnlichen Druck unter 0 ºC fest (Eis), zwischen 0 und 100 ºC flüssig und über 100 ºC gasförmig. (Dass es möglich ist, mit Schlittschuhen über Eis zu gleiten, liegt übrigens daran, dass sich das feste Eis unter dem Druck der Kufe verflüssigt und einen Gleitfilm bildet.)

Der Wechsel von einem in den anderen Aggregatzustand bezeichnet man als Phasenübergang. Der Übergang von der flüssigen zur gasförmigen Phase geht immer mit einer enormen Volumenzunahme einher: 1 Milliliter Wasser nimmt im gasförmigen Zustand ein Volumen von über 1,2 Liter ein.

Unter Massenträgheit versteht man das bestreben eines jeden Körpers, seinen augenblicklichen Bewegungszustand beizubehalten (also im Zustand der Ruhe oder gleichförmigen Bewegung zu verharren), solange ihn keine Kraft zwingt, diesen Zustand zu ändern.

Weitere Literatur
Hilscher H. CD Freihandexperimente Institut für Didaktik der Physik der Uni - Augsburg
Raaf, H.; Sowada, H.: Physik macht Spaß, Überraschende Einsichten durch über 100 Modelle und Experimente, Herder Verlag, Freiburg im Breisgau 1990
Wittmann, J.: Trickkiste 2, Verblüffende Experimente zum Selbermachen, Bayerischer Schulbuch Verlag, München 1993
Meisinger, K.: Physikalische Experimente mit Dosen, Schriftliche Hausarbeit zur Ersten Staatsprüfung für das Lehramt an Hauptschulen nach der Lehramtsprüfungsordnung I (LPO I) 1994/II, o.V., Augsburg 1994

zum Video