Arbeitsblatt: Feuer

Material-Details

Experimente
Chemie
Gemischte Themen
5. Schuljahr
28 Seiten

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12.11.2017

Autor/in

Marianne Bürki
Land: Schweiz
Registriert vor 2006

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Textauszüge aus dem Inhalt:

2-4h SV 001 Was brennt Docht oder Wachs? Marvin und Andrea sitzen am Küchentisch. Damit es so richtig gemütlich wird hat ihre Mutter eine Kerze angezündet. Andrea beobachtet die Kerzenflamme. Plötzlich fragt sie Marvin: „Was brennt eigentlich bei der Kerze? Ist es der Docht oder das Wachs? „Komm, sagt Marvin, „das probieren wir aus! Benötigte Materialien: Kerze mit möglichst dickem Docht, Streichhölzer, Dochtmaterial, Wachsplättchen, Lupe, Glasröhrchen, kleines Küchenmesser, Holzwäscheklammer, feuerfeste Unterlage, z.B. Backblech, dein Forscherbuch Forscherfragen und Forscherauftrag: Beobachte die Kerzenflamme und zeichne sie. Was brennt Docht oder Wachs? Probiere es aus: Puste die brennende Kerze aus und beobachte. Puste die brennende Kerze aus und zünde sie sofort wieder an. Beobachte! Nimm ein Glasrohr (mit der Wäscheklammer festhalten) und halte ein Ende in den dunklen Flammenteil. Beobachte! Kannst du das Gas, das aus dem Röhrchen entweicht, anzünden? Mach den Versuch noch einmal. Halte das Rohrende jetzt in den leuchtenden Flammenteil (Wäscheklammer benutzen). Was geschieht jetzt? Darauf musst du achten: Binde deine Haare zurück! Sei vorsichtig beim Umgang mit Feuer! Übe vorher das Anzünden eines Streichholzes! Bitte jemanden dir zu helfen! Benutze eine Unterlage für den Versuch (z.B. ein größeres Frühstückbrettchen oder ein Backblech). SV 001 Hintergrund Was brennt Docht oder Wachs? Wenn eine „Kerze brennt, brennen eigentlich nur die Wachsdämpfe. Ein Docht alleine brennt zwar an, verglüht ohne Wachs jedoch bald wieder. Mit einem Streichholz kann man festes Wachs nicht anzünden. Die Kinder werden sicherlich versuchen, das Wachs in einem Löffel zu schmelzen, um das dann flüssige Wachs anzuzünden. Auch das wird nicht gelingen. ACHTUNG: Das flüssige Wachs NICHT in Wasser gießen! Das kann zu einer Explosion führen! Der Versuch mit dem Glasröhrchen zeigt, dass im Flammenteil gleich über dem Docht Wachsdämpfe entstehen, die sich entzünden lassen. Im leuchtenden Teil der Kerzenflamme entsteht kein Wachsdampf. Dort ist ein Produkt der Verbrennung, der Kohlenstoff, vermutlich für das Leuchten verantwortlich. Dieser Versuch benötigt genaues Arbeiten und etwas Geschick. Die Erfahrung zeigt aber, dass Kinder nach einigen Versuchen in der Lage sind, den Versuch mit guten Ergebnissen durchzuführen. Die Untersuchungsergebnisse lassen sich sehr effektiv in einem genetischen Unterrichtsgespräch zusammenfassen. Die Kinder werden erkennen, dass es sich bei einer Kerze um ein System handelt, bei dem der Brennstoff automatisch nachgeliefert wird. In der inneren, dunkleren und kühleren Zone der Kerzenflamme wird flüssiges Wachs zu Wachsdampf verdampft. Am Übergang zur helleren Zone verbrennt der Wachsdampf. Die u.a. entstehenden Rußteilchen (Kohlenstoff) beginnen durch die beim Verbrennen entstehenden Wärme zu leuchten. Durch die Wärme wird außerdem weiteres Wachs verflüssigt (Wachspfütze um den Docht) und anschließend im Docht verdampft. Das kontinuierliche Entfernen des Wachsdampfes beim Verbrennen am Ende des Dochtes bewirkt, dass neues flüssiges Wachs durch den Docht nachgesaugt wird. festes Wachs flüssiges Wachs gasförmiges Wachs Kerze Wachspfütze Wachsdampf 1 -2h SV 002 Der Zauberfeuerlöscher Klaus will für die Geburtstagsfeier seines Großvaters ein Zauberkunststück einüben. Er stöbert in verschiedenen Zauberbüchern, doch er kann sich zunächst nicht entscheiden, weil ihm die Materialien fehlen. Seine Mutter weiß jedoch Rat. Sie gibt ihm eine Tüte Backpulver, eine Kerze und eine Flasche Essig. Ob Klaus ein Zaubertrick einfällt? Wir helfen ihm! Benötigte Materialien: Kerze, Wachsplättchen, Streichhölzer, mehrere Trinkgläser, Messbecher (ca. 1 Liter), Salatessig, Backpulver, feuerfeste Unterlage, z.B. ein größeres Frühstücksbrett oder ein Backblech, dein Forscherbuch Forscherfrage und Forscherauftrag: Was beobachtest du, wenn du Backpulver in ein Glas gibst und Essig darüber schüttest? Befestige mit Wachsplättchen eine Kerze am Boden eines höheren Glases und zünde sie an. Dann streue vorsichtig etwas Backpulver auf den Boden des Glases und schütte etwas Essig dazu. Was beobachtest du? Jetzt weiß Klaus, wie sein Zaubertrick aussehen kann: Er gibt Backpulver in einen großen Messbecher und schüttet Essig dazu. Auf dem Tisch stehen brennende Kerzen. Wenn Klaus nun vorsichtig den Messbecher nimmt und das unsichtbare Gas über der brennenden Kerze ausgießt, dann sollte die Kerze verlöschen. Ob das klappt? Probiere es aus! Darauf musst du achten: Binde deine Haare zurück! Sei vorsichtig im Umgang mit Feuer! Benutze eine Unterlage für den Versuch (z.B. Frühstückbrettchen oder Backblech). SV 002 Hintergrund Der Zauberfeuerlöscher Wenn Backpulver (chemisch: Natriumhydrogencarbonat ,Trivialname: Natron) mit Säure (z.B. Essigsäure im Salatessig) in Verbindung kommt, erfolgt eine chemische Reaktion. Die Säure reagiert mit Natron; es entsteht Kohlenstoffdioxid. Kohlenstoffdioxid entsteht auch bei der Verbrennung von anderen kohlenstoffhaltigen Stoffen, z.B. Holz. Kohlenstoffdioxid ist ein unsichtbares, geruchloses und nicht brennbares Gas. Es ist schwerer als Luft. Daher bleibt das bei dem Versuch mit Backpulver und Essigsäure entstandene Gas im Messbecher (Luftverwirbelungen sollten vermieden werden) und kann wie eine unsichtbare Flüssigkeit ausgeschüttet werden. Wird das Kohlenstoffdioxidgas über der Kerzenflamme ausgeschüttet, dann wird diese vom Luftsauerstoff abgeschnitten: Sie erlischt. Mit Kohlenstoffdioxid können Brände gelöscht werden (Feuerlöscher). Dieser Versuch ist für das genetische Unterrichtsgespräch gut geeignet. Er kann als Grundlage für eine Physik/Chemie-Zaubershow dienen. 1h SV 003 Brausepulver Eva möchte eine Party feiern. Ihre Mutter hat schon eingekauft. Auch die Musik ist schon ausgesucht. Da das Wetter schön ist, wollen die Partygäste im Garten spielen. Doch was ist mit Getränken? Da kommt Eva die Idee, die Partygetränke selbst zu machen. Kannst du Eva helfen? Benötigte Materialien: Mehrere Trinkgläser, Zucker, Wasser, Löffel, Fruchtsirup, Zitronensäurepulver, Backpulver, Strohhalme, dein Forscherbuch Forscherfrage und Forscheraufgaben: Probiere die einzelnen Stoffe. Geschmacksproben sind bei diesem Versuch ausnahmsweise erlaubt! Beschreibe den Geschmack. Mische jeweils zwei oder mehrere Stoffe in den Gläsern und gib Wasser dazu. Probiere den Geschmack. und dann kann die Party starten! Darauf musst du achten: Bei diesem Versuch darfst du ausnahmsweise alle verwendeten Stoffe probieren. Aber Vorsicht: Nimm immer nur geringe Mengen! Nutze für jeden Stoff einen anderen Löffel. SV 003 Hintergrund Brausepulver Die Kinder sollen untersuchen, welche Zutaten notwendig sind, um Brausepulver herzustellen. Sie testen, in welchen Mengen und Mischungsverhältnissen die einzelnen Zutaten eingesetzt werden müssen, um eine wohlschmeckende Brause herzustellen. Aus Brausepulver alleine entsteht jedoch noch keine Brause die Kinder mischen es mit einer Flüssigkeit. Letztendlich entwickeln die Kinder ein Gespür dafür, welche Zutaten jeweils für das Aussehen, für den Geschmack und vor allem für die Bläschen in der Brause verantwortlich sind. Wichtiger Hinweis: Dieses Experiment kommt nicht ohne Geschmacksproben aus. Besprechen Sie diese Ausnahme von den allgemeinen Experimentierregeln mit den Kindern! Und das passiert bei dem Versuch: Kommt das in Wasser aufgelöste Natronpulver mit dem aufgelösten Zitronensäurepulver in Kontakt, bildet sich Kohlenstoffdioxid. Für ein Trinkglas normaler Größe reichen ein gestrichener Teelöffel Zitronensäurepulver und eine Messerspitze Natron. Der Sirup ist so süß, dass eine zusätzliche Zugabe von Zucker nicht nötig ist. Jedoch ist es sinnvoll, dass die Kinder dies selbst herausfinden. Die Kinder werden feststellen, dass sich Süß und Sauer nicht gegenseitig aufheben. Ist die Brause zu süß, so bleibt sie das auch nach Zugabe von noch mehr Zitronensäure. Ist die Brause zu sauer, hilft dagegen auch kein zusätzlicher Löffel Zucker. Um die Bedeutung der einzelnen Zutaten zu erforschen, wird in Folgeexperimenten jeweils ein Bestandteil weggelassen. Ohne Natron oder Zitronensäurepulver wird es keinen Sprudel geben. Ohne Zitronensäurepulver verändert sich außerdem der Geschmack: Das angenehm Säuerliche fehlt. Ohne Sirup sprudelt es zwar, die Brause schmeckt süß und säuerlich, aber nicht fruchtig etc. 2-4h SV 004 Der Flaschentornado Als Silke eines Abends nach Hause kam, schaute sich ihr Vater gerade die Tagesschau an. Kurz bevor der Wetterbericht kam, gab es einen Filmbeitrag über ein Unwetter an der Küste. Der Reporter berichtete von einem Tornado, der am Nachmittag über das Meer gebraust war. Zum Glück waren keine Menschen verletzt worden. Nun will Silke aber genauer wissen, was ein Tornado eigentlich ist. Benötigte Materialien: Zwei durchsichtige PET-Flaschen (mindestens jeweils 1 Liter Inhalt), ein Verbindungsstück (lass dir dabei helfen!), Wasser, evtl. Wasserfärbemittel (z.B. Lebensmittelfarbe), dein Forscherbuch Forscheraufgabe: Fülle eine der beiden Flaschen fast voll mit Wasser. Befestige die zweite Flasche mit dem Verbindungsstück auf der ersten Flasche. Drehe die Flaschen dann so um, so dass die volle Flasche nach oben zeigt. Beobachte! Fasse beide Flaschen am Mittelstück und bewege sie möglichst schnell im Kreis. Beobachte! Darauf musst du achten: Damit der Flaschentornado funktioniert, braucht man etwas Übung. Also: üben – üben – üben! Das Experiment am besten im Freien durchführen! Halte Abstand von deinem Nachbarn. SV 004 Hintergrund Flaschentornado Durch dieses Experiment können Kinder zu den folgenden Erkenntnissen gelangen: Luft ist nicht Nichts. An genau der Stelle, an der sich bereits etwas (nämlich Luft) befindet, kann sich unmöglich gleichzeitig noch etwas anderes (Wasser) befinden. In der vermeintlich leeren Flasche befindet sich Luft. Diese Luft wird in Form aufsteigender Blasen sichtbar, wenn die Kinder die untere Flasche zusammendrücken. Zwar zieht die Gewichtskraft das Wasser nach unten, aber die Luft in der unteren Flasche drückt dagegen und verhindert, dass das Wasser aus der oberen Flasche in die untere Flasche ablaufen kann. Erst wenn dort durch die aufsteigenden Luftblasen Platz geschaffen wird, kann das Wasser in die untere Flasche fließen. Dieser Vorgang ist abhängig von der Größe des Durchlasses. Ist dieser können Wasserteilchen und Luft leicht aneinander vorbeifließen. Wasser fließt rotierend in einem Strudel nach unten. Durch das „Auge bzw. den „Schnorchel des Strudels (des Flaschentornados) steigt Luft nach oben. Die Drehbewegung bleibt erhalten, bis die Flasche leer ist. Herstellung des Verbindungsstückes zwischen den beiden Flaschen: Um die beiden PET-Flaschen miteinander zu verbinden, wird wahrscheinlich Lehrer(innen)hilfe benötigt. Verbindungsmöglichkeit 1: Auf die gefüllte PET-Flasche wird (jeweils ohne Stopfen) eine zweite (leere) Flasche gesetzt. Mit handelsüblichem starkem Textilklebeband werden die Flaschen so miteinander verbunden, dass beide Öffnungen direkt übereinander sitzen. Diese Versuchsanordnung ist nur zeitbegrenzt einsetzbar. Verbindungsmöglichkeit 2: Für eine Verbindung, die länger halten soll, werden die beiden Verschlusskappen der PET-Flaschen zunächst mit je einem ca. 12 mm Loch versehen. Dann klebt man die Kappen in ein kurzes Rohr ein, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Kappen entspricht (Baumarkt, Sanitärabteilung). Nach Aushärten des Klebers kann auf jede Seite des Verbindungsstücks eine Flasche aufgeschraubt werden. Dieses Verbindungsstück lässt sich immer wieder nutzen. 1-2h Der Rosinenlift Elke hat sich ein Glas Mineralwasser geholt und sitzt gelangweilt auf dem Sofa. Verträumt schaut sie in das Glas und sieht sich die Gasperlen an, die im Glas hochsteigen. Da kommt ihr kleiner Bruder ins Zimmer. Er bringt eine Hand voll Rosinen mit. Um seine Schwester zu ärgern, wirft er die Rosinen ins Glas. Doch dann staunen beide nicht schlecht: Was passiert denn da? Benötigte Materialien: Mineralwasser, Rosinen, Trinkglas, dein Forscherbuch Forscherfrage: Warum tanzen die Rosinen? Hinweis Du kannst den Versuch auch mit Leitungswasser wiederholen. Kannst du Unterschiede feststellen? Darauf musst du achten: SV 005 SV 005 Hintergrund Rosinenlift Beobachtung: Die Rosinen sinken auf den Boden des Glases. Dann sammeln sich dort Gasbläschen an und die Rosinen steigen hoch. Wenn die Bläschen an der Oberfläche zerplatzen, sinken die Rosinen wieder ab und das Spiel beginnt von vorn. Rosinen gehen in normalem Wasser unter, weil ihre Dichte größer als die des Wassers ist. Durch die Anlagerung von Gasblasen, die sich im Mineralwasser an den Rosinen bilden, erfahren die Rosinen einen zusätzlichen Auftrieb und steigen von den Gasblasen „getragen zur Wasseroberfläche. Dort entweicht das Gas, die Rosinen sinken wieder zu Boden. Das zu beobachtende Phänomen wird durch den Auftrieb in Flüssigkeiten verursacht: Mögliche Erklärungen: 1. Die Rosine wirkt als „Kondensationskeim, an dem sich bevorzugt Gasblasen aus dem im Mineralwasser enthaltenen Kohlenstoffdioxid bilden. Man betrachtet eine Rosine mit den aufgesetzten Gasblasen als einen Körper. Durch die Gasblasen wird das Volumen des Rosinen-Gas-Körpers vergrößert. Es wird mehr Wasser verdrängt, während das Gewicht der Rosinen mit Gasblasen sich im Vergleich zu den Rosinen ohne Gasblasen nur unwesentlich verändert. Mehr Wasserverdrängung bedeutet mehr Auftrieb. 2. Durch die Anlagerung der Gasblasen wird die mittlere Dichte der Rosinen-GasGebilde verringert. Sobald sie kleiner wird als die Dichte des Wassers steigen die Rosinen auf. 3. Die zahlreichen Kohlenstoffdioxidblasen an einer Rosine verursachen zusammen einen so großen Auftrieb, dass sie die Rosinen mittragen können. Man kann aber NICHT sagen, dass die Rosinen durch die Anlagerung der Gasblasen leichter werden. (Dies ist vermutlich die nahe liegende Erklärung von Kindern.) 2h SV 006 Öl und Wasser Benötigte Materialien: Speiseöl, Wasser, flüssiges Spülmittel hohe Trinkgläser, Flaschen Tinte, dein Forscherbuch Forscherfragen: Was kannst du beobachten, wenn Wasser und Öl gemeinsam in ein Glas geschüttet werden? Was ist zu beobachten, wenn Wasser und Öl in einem Glas geschüttelt werden? Was geschieht, wenn zusätzlich noch Tinte von oben aufgetropft wird? Was passiert, wenn zu der Mischung noch Spülmittel hinzugegeben wird? Darauf musst du achten: Nutze unbedingt ausschließlich Speiseöl! SV 006 Hintergrund Öl und Wasser Viele Stoffe wie zum Beispiel Kochsalz oder Zucker lösen sich in Wasser. Öl dagegen gehört zu den Stoffen, die in Wasser nicht löslich sind. Aufgrund ihrer Stoffeigenschaften sind beide Stoffe auch nicht miteinander mischbar. Öl und Wasser bilden klar voneinander getrennte Phasen aus. Die Trennschicht zwischen den beiden Flüssigkeiten lässt sich gut beobachten. Die geringere Dichte von Öl im Vergleich zu Wasser bewirkt, dass das Öl auf dem Wasser schwimmt. Durch kräftiges Schütteln des Glases, in dem sich Öl und Wasser befinden, bildet sich ein trübes Öl-Wasser-Gemisch (Emulsion). Dabei entsteht durch den mechanischen Vorgang des Mischens eine feine Verteilung von Öl- und Wasserteilchen. Lässt man diese Emulsion stehen, dann tritt wieder die Trennung zwischen Öl und Wasser auf. Die Zugabe von Spülmittel sorgt dafür, dass sich Öl und Wasser besser mischen lassen. Die Spülmittelteilchen können sowohl Wasser- als auch Ölteilchen anlagern und bewirken, dass Ölteilchen im Wasser und Wasserteilchen im Öl „festgehalten werden (s. auch Waschwirkung von Seife). Hinweis: Lassen Sie die Versuche in unterschiedlichen Gefäßen durchführen. Unbedingt darauf achten, Speiseöl zu verwenden (kein Motoröl). Zum Auftropfen von Tinte auf die Öloberfläche können Einmalspritzen aus der Apotheke (unbedingt ohne Nadel!) oder Einwegpipetten eingesetzt werden. Damit lässt sich die Dosierung gut durchführen. Hinweise: Den Schülerinnen und Schülern dürfen keinesfalls Spritzen mit Nadeln oder Nadeln alleine ausgehändigt werden – Verletzungsgefahr! Zum Dosieren können auch Strohhalme eingesetzt werden. Wenn man diese in die Tinte eintaucht und die obere Öffnung mit einem Finger verschließt, kann man die Flüssigkeit mit dem Strohhalm entnehmen und tropfenweise wieder abgeben. 1-2h SV 007 Öl und Wasser II Tom zaubert: Tom möchte gerne Zauberer werden. Längst schon hat er alle Versuche aus seinem Zauberkasten ausprobiert. Jetzt hat er sich einen neuen Trick aus Gedacht, den du ausprobieren kannst. Benötigte Materialien: Speiseöl, Wasser, flüssiges Spülmittel, ein großes Glasgefäß (z.B. zylindrische Blumenvase, Einmachglas, hohes Bierglas oder höhere Schüssel), ein kleineres Glas oder eine kleine Flasche mit möglichst kleiner Öffnung, dein Forscherbuch Tom stellt eine kleine Flasche, die er vorher mit Speiseöl aus der Küche bis zum Rand gefüllt hat, in ein größeres Glas oder eine Glaswanne. Dann befüllt er das große Glas vorsichtig mit Wasser. Er achtet darauf, dass der Wasserstrahl die Flasche mit dem Öl nicht direkt trifft. Als der Wasserspiegel im Glas die Flaschenöffnung mit dem Öl erreicht, staunen die Zuschauer nicht schlecht. Denn: Das Öl bleibt in der Flasche! Eigentlich müsste das Öl doch nach oben steigen, weil es leichter als das Wasser ist! Oder? Ob sich das ändert, wenn Tom vorsichtig etwas Spülmittel in das Wasser gibt? Darauf musst du achten: Benutze unbedingt ausschließlich Speiseöl! SV 007 Hintergrund Öl und Wasser II Wie im Versuch „Öl und Wasser zu sehen ist, sind Öl und Wasser nicht mischbar, sondern trennen sich voneinander und bilden Schichten. Bei diesem Versuch kommt es jedoch zunächst nicht zu der erwarteten Trennung. Das Öl bleibt in der Flasche und steigt nicht auf. Dieses Phänomen wird durch einen Effekt bewirkt, den die Schülerinnen und Schüler vom Versuch „Schwimmende Büroklammer kennen. Es handelt sich um die Oberflächenspannung des Wassers. Die Wasserteilchen „haften aneinander und bilden eine festere Grenzfläche, die sich über die Öffnung der Flasche legt und diese so abschließt, dass das Öl nicht austreten kann. Durch die Zugabe von einigen Tropfen Spülmittel wird die Oberflächenspannung stark verringert. Dadurch kommt es zum schnellen Austausch von Öl und Wasser in der Flasche. Das Öl steigt „vulkanartig an die Wasseroberfläche. Unbedingt darauf achten, dass Speiseöl, kein Motoröl, verwendet wird. 2-4h SV 008 Schwimmende Büroklammern Benötigte Materialien: Trinkgläser (oder andere Gefäße), Wasser, flüssiges Spülmittel, Büroklammern aus Metall, Aluminiumfolie, Lupe, dein Forscherbuch Forscherfragen: Können Büroklammern aus Metall auf dem Wasser schwimmen? Kann Aluminiumfolie auf dem Wasser schwimmen? Können Büroklammern aus Metall auch auf Spülwasser schwimmen? Warum können manche Tiere über die Wasseroberfläche laufen? Tipp: Mit der Lupe kannst du die Wasseroberflächen auf Pfützen, dem Schulteich oder dem Aquarium beobachten. Darauf musst du achten: SV 008 Hintergrund Schwimmende Büroklammern Die Oberflächenspannung ist Ursache für viele Phänomene im Zusammenhang mit Wasser: So ist sie dafür verantwortlich, dass Wassertropfen kugelförmig sind (möglichst kleine Oberfläche), ein Glas „überfüllt werden kann (Wasserberg) oder, dass Insekten, wie zum Beispiel der Wasserläufer über das Wasser laufen können. Die Versuche zur „schwimmenden Büroklammer können durch Beobachtungen auf offenen Gewässern ergänzt werden. Als Erweiterung ist das Thema „Schwimmen und Sinken zu empfehlen. Dabei sollen die Schülerinnen und Schüler Versuche dazu durchführen, welche Materialien auf dem Wasser schwimmen können oder untergehen. Geeignet sind Alltagsgegenstände aus unterschiedlichen Materialien, z.B. Schrauben, Muttern, Holzdübel, Anspitzer aus Metall und Plastik, Holzklötzchen oder Geldmünzen. Die Kinder stellen fest, dass Gegenstände aus Metall im Wasser versinken, während Gegenstände aus Holz oder Plastik in der Regel auf dem Wasser schwimmen. Erst dann ist Staunen darüber möglich, dass eine Büroklammer aus Metall auf dem Wasser schwimmen kann. 2-3h SV 009 Brennende Kerze unter Wasser Klaus hat in der Zeitung gelesen, dass eine brennende Kerze einen Zimmerbrand ausgelöst hat. Deshalb überlegt er, wie solche Unfälle vermieden werden können. Er beschließt, eine automatische Kerzenlöschmaschine zu bauen. Er überlegt, einen Kerzenständer mit Wasser zu füllen und darin die Kerze zu entzünden. Wenn die Kerze dann bis zur Wasseroberfläche heruntergebrannt ist, wird sie vom Wasser automatisch gelöscht. Benötigte Materialien: Kerzenstummel (z.B. von einer Weihnachtsbaumkerze), Schüssel, Wasser, Streichhölzer, dein Forscherbuch Forscherauftrag: Ob die Maschine so funktioniert, wie Klaus sich das gedacht hat? Probiere es aus und überlege! Darauf musst du achten: Binde deine Haare zurück! Sei vorsichtig im Umgang mit Feuer! Benutze eine Unterlage für den Versuch (z.B. Frühstückbrettchen oder ein Backblech). SV 009 Hintergrund Brennende Kerze unter Wasser Die Vermutung liegt nahe, dass die brennende Kerze immer kürzer wird und dann – wenn sie den Wasserspiegel erreicht hat – durch das Wasser gelöscht wird. Wenn die Kerze jedoch bis zum Wasserspiegel niedergebrannt ist, höhlt die Flamme die Kerze zu einem Trichter aus und brennt weiter. Der Trichter besteht aus einer hauchdünnen Stearinwand, die durch das Wasser unter die Schmelztemperatur des Stearins gekühlt wird. Dadurch kann das Stearin nicht verdampfen und somit nicht brennen. Sicherheitshinweis: Arbeiten Sie nur mit normalen Haushaltskerzen (Durchmesser 1 – 2 cm). Zum Beenden des Versuchs sollte die Kerze ausgepustet werden. 2-4h SV 010 Seifenblasen Benötigte Materialien: Destilliertes Wasser („Bügeleisenwasser), Traubenzucker, Neutralseife, Glyzerin (aus dem Drogeriemarkt oder der Apotheke), Blumendraht, Mullbinde, Trinkhalme, Pfeifenreiniger, verschiedene Gefäße, dein Forscherbuch Seifenblasen sind ein tolles Spielzeug. Hast du dir mal überlegt, woraus die Seifenblasenlösung hergestellt wird? Lass dir von deiner Lehrerin oder deinem Lehrer Tipps geben zur Herstellung einer ganz tollen Seifenblasenlösung. Bei der Herstellung der Lösung musst du sehr genau arbeiten. Die Geräte zur Seifenblasenherstellung kannst du aus Draht, Holzstäbchen und Mullbinde (Verbandsstoff) leicht selbst herstellen. Forscheraufgabe: Ob Seifenblasenbart, Seifenblase in Seifenblase, Monsterblasen oder Seifenblasenzelte – deiner Phantasie sind keine Grenzen gesetzt. Darauf musst du achten: Große Seifenblasen solltest du im Freien ausprobieren. Wenn du in der Klasse arbeitest, musst du daran denken, dass der Fußboden sehr glatt werden kann. RUTSCHGEFAHR!! 2-4h SV 011 Seifenblasen II Benötigte Materialien: Seifenblasenlösung, Trinkhalme, Unterlage (z.B. Tischplatte), dein Forscherbuch Gib auf eine glatte Oberfläche (z.B. auf eine glatte Tischplatte) etwas von deiner Seifenblasenlösung. Mit einem Trinkhalm kannst du jetzt eine Seifenblase herstellen. Versuche die entstandene Blase mit dem Trinkhalm zu durchstechen und blase in der ersten Blase eine zweite Seifenblase, und dann noch eine und noch eine . Forscherfrage: Wie viele Seifenblasen passen in eine Seifenblase? Das solltest du ausprobieren. Wie wäre es mit einem Wettbewerb? Darauf musst du achten: Nach dem Versuch bitte die Tischplatte gut säubern. Wenn du in der Klasse arbeitest, musst du daran denken, dass der Fußboden sehr glatt werden kann. RUTSCHGEFAHR!! 2-4h SV 012 Seifenblasen III Benötigte Materialien: Seifenblasenlösung, Trinkhalme, Pfeifenreiniger, Nägel, Holzbrettchen, dein Forscherbuch Wie besonders schöne große Seifenblasen gelingen, kannst du ausprobieren, indem du unterschiedliche Werkzeuge baust. Besonders gut eignen sich dafür Pfeifenreiniger. Es funktioniert aber auch mit Blumendraht. Damit die Seifenlösung gut haftet, umwickelst du den Draht mit einer Mullbinde. Auch mit zusammengeknoteten Wollfäden lassen sich prima Seifenblasen erzeugen. Forscheraufgabe: Stelle verschiedene Werkzeuge her, mit denen kleine und große Seifenblasen gemacht werden können und probiere sie aus! Darauf musst du achten: RUTSCHGEFAHR!! SV 010 – SV 12 Hintergrund Riesen Seifenblasen Die Planung und Konstruktion von Zeltdächern (z.B. beim Olympiastadion in München oder bei Zirkusdächern) ist kompliziert. Manchmal helfen Modelle z.B. aus Seifenblasen, um zu sehen, welches die bestmögliche Konstruktion ist. Die optimale Form seiner Dächer entwickelte der Architekt des Olympiastadions anhand von Experimenten mit Drahtmodellen, die er in Seifenlauge tauchte. Seifenblasenrezept für 10 Liter Lösung: In 1 Liter warmes destilliertes Wasser werden 500 Zucker (am besten Traubenzucker) und 5 – 10 Tapetenkleister eingerührt und gelöst. Parallel dazu werden in 1 Liter warmem destilliertem Wasser 700 Milliliter Neutralseife gelöst. Die beiden Lösungen werden zusammengegossen und mit 5 Liter destilliertem Wasser aufgefüllt. Zum Schluss werden ca. 100 ml Milliliter Glyzerin (Apotheke) zugegeben. ACHTUNG: Vorsichtig rühren, damit sich keine Blasen bilden! Die Lösung sollte vor dem Gebrauch ca. 6 Stunden stehen. Für geringere Lösungsmengen die hier angegebenen Mengen entsprechend reduzieren. Eine Die Herstellung von mindestens 2 Liter Lösung ist empfehlenswert. Hinweis: Manchmal ist eine zu geringe Luftfeuchtigkeit der Grund dafür, dass Versuche mit großen Seifenblasen misslingen. Um Seifenblasen herzustellen, lassen sich z.B. Ringe aus Pfeifenreinigern formen, die in die Seifenblasenlösung eingetaucht werden. Will man große Seifenblasen herstellen, baut man unterschiedlich große Ringe aus Blumendraht und umwickelt diese mit Verbandmull. Als Stiel kann ein Holzstöckchen dienen. Aber auch zwischen zusammengeknoteten Wollfäden können große Seifenblasenflächen entstehen. Wenn diese Fäden vorsichtig nach oben und unten bewegt werden, sorgt der Luftzug für tolle Seifenblasen. Es können auch dreidimensionale Gebilde hergestellt werden. 2-10h SV 013 Schattentheater Ferdinand du Puigaudeau (1864-1930) Foto: Ernst Rose Benötigte Materialien: Starke Lampe (Nachttischlampe, Overheadprojektor), Pergamentpapier oder ein weißes Tuch, Haltevorrichtung (z.B. Wäscheleine), viel Phantasie und eine spannende Geschichte, dein Forscherbuch Forscheraufgabe: Plane mit deinen Klassenkamerad(inn)en oder Freund(inn)en die Aufführung eines Schattentheater-Spiels. Denkt euch eine spannende Geschichte aus, die ihr als nachspielen wollt. Ihr könnt alle Dinge benutzen, die einen Schatten werfen: euch selbst, ausgeschnittene Figuren, eure Hände oder Spielsachen oder, oder . Natürlich könnt ihr auch Musik mit einplanen. Warum nicht auch eine Geschichte in einer oder mehreren anderen Sprachen als Schattenspiel aufführen? Darauf musst du achten: Einfach nur Spaß haben und für ein interessiertes Publikum sorgen! SV 013 Hintergrund Schattentheater Die Behandlung des Themas „Schatten aus dem Bereich der Optik bietet in der Schule die Gelegenheit, viele Fächer in das Lerngeschehen einzubinden. Neben Kunst, Sachkunde, Musik und Deutsch ist hier auch der Einsatz von Fremdsprachen anzudenken. Schatten können auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Meist werden zweidimensionale, manchmal mit farbigen Folien bespannte Figuren, die dicht an der Leinwand geführt werden, verwendet. Auch können dreidimensionale Figuren oder sogar Schauspieler die Schatten auf die Leinwand werfen. Die Lichtquelle hinter dem Schirm (zum Beispiel einem weißen Tuch) sollte möglichst punktförmig sein dann sind Figuren auch dann gut zu erkennen, wenn sie vom Schirm weiter entfernt sind. Sie erscheinen dann vergrößert und ihre Proportionen wirken verändert. Wird dagegen eine diffuse Lichtquelle eingesetzt, wirken die Figuren nur, wenn sie nahe am Schirm sind. Mehrere farbige Lichtquellen können zur Erzeugung farbiger Schattenabbilder führen, deren Teilschatten interessante Mischfarben bilden. Je nach Abstand und Neigung des Gegenstands zu Lichtquelle und Projektionsfläche verändert sich das Abbild des Gegenstands. Negative Schatten erreicht man, wenn man eine Schablone, die die gesamte Projektionsfläche ausfüllt, verwendet. 2-6h SV 014 Lochkamera Benötigte Materialien: Schuhkarton, Pergamentpapier, Klebstoff, Schere, großer Nagel, schwarze Farbe, dein Forscherbuch Baubild 1 Forscheraufgabe: Bau aus einem Schuhkarton eine Lochkamera. Das geht einfacher, als du denkst. 1. Schneide die Rückwand aus dem Karton heraus (Bild 1). 2. Male den Innenraum des Kartons mit schwarzer Farbe an (Bild 2). 3. Klebe in die Mitte des Kartons eine Wand aus Pergamentpapier (Bild 3). 4. Mit dem Nagel bohrst du in die Mitte der noch vorhandenen Rückwand ein Loch (Bild 4). Baubild 2 Baubild 3 Baubild 4 Darauf musst du achten: Halte die Kamera ganz nahe vor deine Augen, so dass möglichst wenig Licht von der Seite in den Kasten fällt. Viel Spaß! SV 014 Hintergrund Lochkamera (Camera Obscura) Seit jeher ist es ein Wunsch des Menschen, die Natur möglichst originalgetreu abzubilden! Ein großer Schritt in diese Richtung gelang mit der Entdeckung der Camera Obscura (ital. dunkle Kammer) im 10. Jahrhundert. Leonardo da Vinci beschrieb im 15. Jahrhundert das optische Prinzip, nach dem alle Fotoapparate funktionieren: Wenn Lichtstrahlen von beleuchteten Gegenständen durch ein kleines, rundes Loch in einen sehr dunklen Raum fallen und man sie auf einem Blatt weißen Papiers auffängt, dann wird man auf dem Papier alle diese Gegenstände in ihren natürlichen Formen und Farben abgebildet sehen. Allerdings sind sie verkleinert und umgekehrt, weil sich die Strahlen in der Öffnung schneiden. Im einfachsten Fall besteht die Kamera aus einem schwarzen Kasten mit einem winzigen Loch in der einen Seite. Deshalb wird sie auch Lochkamera genannt. Sie wurde als Zeichenhilfe genutzt (schließlich gab es die Fotografie noch nicht). Die Rückwand der Kamera wurde mit Leinwand bespannt, so dass der Künstler nur noch die Umrisse des Bildes nachzeichnen musste. Das Bild, das von der Lochblende der Kamera erzeugt wird, steht auf dem Kopf und ist seitenverkehrt. Die Lochkamera weist einen wesentlichen Nachteil auf: Die Schärfe der Bilder ist nicht von der Entfernung der abzubildenden Gegenstände zum Loch abhängig, sondern wird durch die Lochgröße bestimmt. Je kleiner das Loch, desto schärfer sind die erzeugten Bilder. Da das Loch aus Gründen der Lichtstärke allerdings nicht beliebig klein gewählt werden kann, sind die Bilder stets unscharf. 2-4h SV 015 Das Spüli-Boot Bootform Quelle: www.kontexis.de/upload/bilder/Aktuelles/2008/Experimente/Bootsfahrt_Experiment.jpg Benötigte Materialien: PVC- Folie (z.B. Rückseite eines Kunststoffhefters) oder Pappkarton, Schere, große flache Kunststoffschale, Spülmittel, Wasser, Zahnstocher, dein Forscherbuch Forscheraufgabe: Schneide dir aus Pappe oder einer PVC-Folie ein Boot aus (siehe Schablone). Fülle Wasser in eine große Schale. Lega das „Boot auf die Wasseroberfläche. Tropfe vorsichtig etwas Spülmittel in den Pfeilausschnitt und beobachte. Darauf musst du achten: Du musst für jeden neuen Versuch die Wasserschale gut auswaschen. SV 015 Hintergrund Das Spüli-Boot Im Ausgangszustand ist die Oberflächenspannung der gesamten Wasseroberfläche gleichgroß. Gibt man nun Spülmittel in den Keilausschnitt, dann verringert sich an dieser Stelle die Oberflächenspannung des Wassers und damit der Zusammenhalt der Wasserteilchen. Diese driften auseinander und schieben sich aus der keilförmigen Öffnung des Bootes nach hinten. Nach dem Rückstoßprinzip bewegt sich das Boot nun in die entgegengesetzte Richtung, also nach vorne. Wichtig: Für jeden neuen Versuch muss die Wasserschale gut ausgewaschen werden, damit Rückstände aus dem Vorversuch das Ergebnis nicht verfälschen. Kopiervorlage Maßstab 1:1 Natürlich können die Schüler/-innen auch eigene Modelle entwerfen.