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Newton Pendel

Das Verhalten des Newton Pendels ist sehr verblüffend: Wenn z.B. drei Kugeln ausgelenkt werden und auf die beiden anderen Kugeln treffen, so schwingen wiederum drei Kugeln nach außen. Diese und entsprechende Beobachtungen am Pendel verweisen auf 'dahinter steckende Gesetzmäßigkeiten'. Diese Gesetzmäßigkeiten sind allerdings sehr komplex (u.a. stehen sie im Zusammenhang mit elastischen Schwingungen der Kugeln) und können für Grundschulkinder nicht adäquat elementarisiert werden.

Kartesischer Taucher

Der Kartesische Taucher ist auch unter dem Namen Flaschenteufel bekannt. Dieses Spielzeug besteht aus ein Glashohlkörper mit der Form eines Teufels und ist bereits für wenig Geld im Spielwarenhandel zu erwerben. Allerdings lässt sich dieses faszinierende Spielzeug auch leicht und schnell selber herstellen. Dazu sind nur wenige Materialien nötig, die jeder Schüler besitzt. Dabei erfahren die Schüler das Wechselspiel zwischen Gewichtskraft und Auftriebskraft beim Steigen, Schweben oder Sinken eines Gegenstandes in einer Flüssigkeit.
Ob ein Körper in einer Flüssigkeit sinkt, schwebt oder nach oben steigt, hängt von dem Verhältnis der Gewichtskraft zur Auftriebskraft des Körpers im Wasser ab. Das den Körper umgebende Wasser übt auf ihn eine Auftriebskraft aus, die ihn nach oben treibt. Die Gewichtskraft, also die Kraft mit der die Erde den Körper nach unten zieht, lässt ihn sinken. Ist die Gewichtskraft auf den Körper höher als die Auftriebskraft, so sinkt dieser zu Boden. Wenn die Auftriebskraft größer ist als die Gewichtskraft, dann schwimmt der Körper. Bei einem Gleichgewicht der beiden Kräfte schwebt der Körper in der Flüssigkeit.

Die mit Luft gefüllte Füllerpatrone schwimmt zunächst oben, ihre Auftriebskraft im Wasser ist größer als die Gewichtskraft auf die Patrone. Drückt man nun die fest verschlossene Plastikwasserflasche zusammen, so erhöht sich darin insgesamt der Druck. Da Luft kompressibel ist, verringert sich das Volumen der in der Patrone befindlichen Luft und die Patrone füllt sich teilweise mit Wasser. Dadurch wird diese insgesamt schwerer (wird stärker von der Erde angezogen) und die Gewichtskraft (gegeben durch die Masse der Patrone) auf die Patrone größer. Die Tintenpatrone fängt an zu sinken. Lässt der Druck auf die Wasserflasche nach, so nimmt der Druck auf das Wasser und somit auch auf die Luft in der Tintenpatrone ab. Die Luft in der Patrone nimmt wieder ihr anfängliches Volumen ein. Mit größerem Luftvolumen verringert sich die Gewichtskraft und die Patrone steigt nach oben.

Eine alternative Erklärung: Auf die Patrone übt das sie umgebende Wasser von allen Seiten eine Druckkraft aus. An den Seiten heben sich diese auf, aber von unten und oben nicht. Denn die ausgeübte Druckkraft hängt von der Wassertiefe ab: Auf die Oberseite der Patrone drückt das Wasser mit einer kleineren Kraft (nach unten) als das Wasser an der Unterseite (gegen die Luft in der Patrone noch oben). Insgesamt ergibt sich also eine noch oben wirkende Kraft, die sogenannte Auftriebskraft. Die mit Luft gefüllte Füllerpatrone schwimmt zunächst oben, ihre Auftriebskraft im Wasser ist größer als die Gewichtskraft auf die Patrone. Drückt man nun die fest verschlossene Plastikwasserflasche zusammen, so erhöht sich darin insgesamt der Druck. Da Luft kompressibel ist, verringert sich das Volumen der in der Patrone befindlichen Luft. Damit verschiebt sich die Grenzfläche Wasser-Luft in der Patrone noch oben, der Abstand zwischen Patronenoberseite und Grenzfläche wird kleiner. Als Folge verkleinert sich die Differenz der Druckkräfte von unten und oben und damit die Auftriebskraft. Wenn diese kleiner als die Gewichtskraft wird, sinkt die Patrone noch unten.

Bechermikroskop

Beim Bechermikroskop nimmt der Wassertropfen über der kleinen Becheröffnung eine linsenförmige Gestalt an. Dadurch wirkt er wie die Sammellinse eines Vergrößerungsglases und man kann vergrößerte Bilder von Gegenständen oder Schrift beobachten.

Drehscheibe

Unsere Augen sind in der Lage, nacheinander gezeigte unterschiedliche Bilder noch einzeln wahrzunehmen, wenn weniger als 16 Bilder pro Sekunde gezeigt werden. Bei einer höheren Bilderrate (z.B. 25 Bilder pro Sekunde bei einer Videoaufnahme) werden die Bilder nicht mehr als zeitlich getrennt wahrgenommen, wir sehen fließende Übergänge.

Bei der rotierenden Drehscheibe folgen die beiden Bilder von der Vorder- und der Rückseite der Scheibe so schnell aufeinander, dass wir sie als ein einziges Bild wahrnehmen, dass aus der Überlagerung der beiden Bilder besteht: wir „sehen“ ein Kreuz in einem Kreis.

Gleichgewicht am Mobile
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