NaturwissenschaftNaturwissenschaft

Eine Sammlung von Experimenten zur Oberflächenspannung für Kinder zum selber ausprobieren.

Oberflächenspannung ist die Tendenz von Flüssigkeitsoberflächen in Ruhe, sich auf die kleinstmögliche Oberfläche zusammenzuziehen. Die Oberflächenspannung ist der Grund dafür, dass Gegenstände mit einer höheren Dichte als Wasser wie Büroklammern oder Insekten (z. B. Wasserläufer) auf einer Wasseroberfläche "schwimmen" können, ohne auch nur teilweise unterzutauchen.

Nach Quecksilber als Spitzenreiter unter den Reinstoffen hat Wasser eine besonders hohe Oberflächenspannung. Diese sinkt mit steigender Temperatur deutlich und kann durch Hinzufügen zum Beispiel von Spülmittel (Detergens) deutlich reduziert werden. Löst man hingegen ein Salz in einer Flüssigkeit, nimmt die Oberflächenspannung zu, da aufgrund der gelösten Ionen zusätzliche Coulomb-Kräfte in der Lösung auftreten.

Die Oberflächenspannung ist für die Form von Flüssigkeitstropfen verantwortlich. Obwohl sie leicht verformbar sind, neigen Wassertropfen dazu, durch das Ungleichgewicht der Kohäsionskräfte der Oberflächenschicht in eine kugelförmige Form gezogen zu werden. Gäbe es keine anderen Kräfte, wären die Tropfen praktisch aller Flüssigkeiten annähernd kugelförmig. Die kugelförmige Form minimiert die nach dem Laplace-Gesetz erforderliche „Wandspannung“ der Oberflächenschicht.

Wasserberg

Materialien

Anleitung

  1. Fülle das Glas randvoll mit mit Wasser.
  2. Lasse vorsichtig Münzen in das Wasser hinein fallen (die großen zuerst).
  3. Beobachte, wie das Wasser über den Rand des Glases hinaus ansteigt und einen “Berg” bildet.

Erklärung: Die Oberfläche einer Flüssigkeit verhält sich ähnlich einer gespannten, elastischen Folie. Diese unsichtbare "Haut" hindert das Wasser im Glas am Überlaufen.

Schwimmende Büroklammer

Eine Büroklammer, die der Schwerkraft trotzt und auf der Wasseroberfläche schwimmt, demonstriert die verblüffenden Auswirkungen der Oberflächenspannung.

Materialien

Anleitung

  1. Fülle ein Gefäß mit mit Wasser.
  2. Lege vorsichtig eine Büroklammer auf die Wasseroberfläche.
  3. Beobachte, wie die Büroklammer der Schwerkraft trotzt und auf dem Wasser schwimmt.

Erläuterung: Durch die Oberflächenspannung des Wassers bildet sich ein dünner Film auf der Wasseroberfläche. Dieser Film wirkt wie eine gedehnte, elastische Haut, die es der Büroklammer ermöglicht, darauf zu schweben. Es ist, als wäre man Zeuge eines kleinen Zaubertricks, der direkt vor Ihren Augen stattfindet!

Wenn man einen kleinen Tropfen Spülmittel oder etwas Seife hinzufügt, wird die Oberflächenspannung stark verringert, und die Büroklammer sinkt.

Antrieb

Mit Seife angetriebenes Papierboot.

Materialien

  • Wasserdichtes Gefäß mit großer Oberfläche (z.b. Wäschekorb)

    • Anleitung

    1. Bastle ein kleines Papierboot aus einem Stück Papier.
    2. Fülle ein Becken oder eine Badewanne mit Wasser.
    3. Lege das Papierboot vorsichtig auf die Wasseroberfläche.
    4. Gebe einen winzigen Tropfen Spülmittel in die Nähe der Rückseite des Bootes.
    5. Beobachte staunend, wie das Boot vorwärts saust. Es ist, als hätte man ein Mini-Speedboot, das von Seife angetrieben wird!

    Erklärung: Das Spülmittel verringert die Oberflächenspannung des Wassers. Da dies zuerst hinter dem Boot passiert, bewegt sich das Boot nach vorn. Wenn die gesamte Oberflächenspannung "zerstört" ist, hält das Boot wieder an.