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Unterrichtsverlauf

1. Schritt: Wir vermuten: Je tiefer ein U-Boot taucht, desto stärker drückt das Wasser

Nach einer kurzen Wiederholung (Das Wasser drückt von allen Seiten auf einen untergetauchten Gegenstand) wird die Einführungsfrage gestellt: Was kann passieren, wenn ein U-Boot immer tiefer taucht? Einige Kinder wissen schon, dass ein U-Boot nicht beliebig tief tauchen darf, sonst wird es zusammengedrückt. Weshalb ist das so? Naheliegende Vermutung: Je tiefer man taucht, desto stärker drückt das Wasser von allen Seiten gegen das U-Boot.

 

2. Schritt: Wir überprüfen die Vermutung

Diese Vermutung wird durch eine Reihe von Experimenten bestätigt, durchgeführt als Schülerexperimente an Lernstationen (unterstützt durch die Blätter Ex 4.1 bis Ex 4.5) oder als Demonstrationsexperimente, unterstützt durch die Arbeitsblätter AB4.1 bis AB4.5.

Im Folgenden wird die Vorgehensweise bei der Durchführung als Demonstrationsversuche skizziert. Ähnlich kann man nach durchgeführten Schülerexperimenten bei deren Besprechung vorgehen.

 

Luftballon mit Wasser

Der Ballon wird wenige Zentimeter in das Wasser eingetaucht. Fragenfolge: Wenn der Ballon tiefer ins Wasser geschoben wird, wird sich der Ballon verändern? Wenn ja, wie? Woran könnte es liegen?

Es wird beobachtet, dass der Ballon im tieferen Wasser stärker zusammengedrückt wird, was wir so erklären, dass das Wasser in der Tiefe stärker drückt.

 

Flasche mit Membran

Die Flasche wird langsam in das Wasser gedrückt und die Verformung der Membran beobachtet: Sie wird mit zunehmender Tiefe immer stärker nach oben gedrückt. Frage: Warum ist das so?


Abb. 4.5a und 4.5.b: Mit zunehmender Tiefe wird die Membran immer stärker nach oben gedrückt

An der Tafel wird der Versuch skizziert und abgesprochen, dass man die unterschiedlich starken Druckkräfte mit verschieden langen Pfeilen darstellt. Oder die Kinder bearbeiten AB4.2.


Abb. 4.6: Skizze eines Tafelbildes und Lösung für AB4.2.

 

Druckdose

Zunächst wird die Dose horizontal einige Zentimeter tief in das Wasser gehalten (Abb. 4.7a). Frage: Wird sich etwas ändern, wenn wir die Dose tiefer nach unten schieben? Warum werden wir dies beobachten? Die Demonstration wird durchgeführt (Abb. 4.7a und 4.7.b) und im Gespräch damit begründet, dass das Wasser in der Tiefe stärker drückt.

Abb. 4.7a: Druckdose ca. 5 cm eingetaucht;
Abb. 4.7b: Druckdose nach unten geschoben. Die Membranen werden stärker nach innen gedrückt

Besonders wichtig ist die Beobachtung, wenn die Dose senkrecht ins Wasser geschoben wird (Abb. 4.2). Dann werden die Druckkräfte von oben und von unten direkt miteinander verglichen. Frage: Was werden wir beobachten? Wird es einen Unterschied zwischen den beiden Latexfolien geben? Begründe deine Vermutung. Nach Demonstration wird der Schluss gezogen, dass das Wasser stärker drückt, umso tiefer man taucht.

Nützlich ist auch die Beobachtung, wenn die Dose verschieden tief gehalten wird. Mit der Tiefe nimmt die Einwölbung sowohl oben als auch unten zu, aber immer ist die Membran an der Unterseite stärker eingedrückt.

Auf AB4.3 zeichnen die Kinder die gewölbten Membranen ein und geeignete Druckkraftpfeile.

 

Fontäne in der Flasche

Den Kindern wird die Flasche gezeigt und mitgeteilt, dass im Boden ein Loch ist. Was wird passieren, wenn ich sie in das Wasser drücke? Was werden wir beobachten, wenn ich die Flasche immer tiefer in das Wasser drücke?

Ergebnis nach Demonstration und Klassengespräch: Je tiefer sich der Flaschenboden mit der Öffnung im Wasser befindet, desto stärker drückt das Wasser an der Öffnung nach oben. Das sieht man daran, dass der Wasserstrahl höher ist, wenn die Flasche tiefer im Wasser ist. Umgekehrt wird die Fontäne kürzer, wenn die Flasche wieder langsam gehoben wird.

Zur Vertiefung kann AB4.4 bearbeitet werden.

 

Flasche mit seitlichen Ausflussöffnungen

Die Flasche wird den Kindern vorgestellt. Was werden wir beobachten, wenn die Flasche ganz mit Wasser gefüllt wird? Werden sich die seitlich herausspritzenden Strahlen unterscheiden? Warum?

Nach der Demonstration wird gefolgert, dass am tiefsten Loch das Wasser mit dem größten Druck herausgespritzt wird.

Dies kann auf AB4.5 festgehalten werden.

 

3. Schritt: Was haben wir herausgefunden?

Abschließend werden die Ergebnisse der Einheit in einem Merksatz zusammengefasst: „Wir haben vermutet: Das Wasser drückt immer stärker gegen einen Gegenstand, je tiefer er sich im Wasser befindet. Unsere Experimente haben diese Vermutung bestätigt.“

 

 

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