Universität des Saarlandes Deutsche Forschungsgemeinschaft  SaarLab Lernort Labor AG Jacobs Supermagnete

Lab in a Box

Physik 'mal anders!

Details zur Flüssigkeitenkiste

Die Kiste "Den Geheimnissen der Flüssigkeiten auf der Spur" wurde 2007/2008 von Atanaska Kasabova und Mathias Liénard im Rahmen ihrer Staatsexamensarbeit entwickelt. In ihr sind 11 verschiedene Versuche enthalten, die 3 Themen zugeordnet sind:

Oberflächenspannung, Viskosität und Instabilität in Flüssigkeiten

  1. Versuche zur Viskosität von Flüssigkeiten
    • "Die fallende Kugel"
    • "Die Gummiflüssigkeit"
    • "Treibsand in Miniatur"
  2. Versuche zur Oberflächenspannung
    • "Wasserspiele"
    • "Kapillarität"
    • "Lamellen-Methode"
    • "Lotuspflanze"
    • "Minimalflächen"
    • "Welt der Blasen"
  3. Versuche zu Instabilität in Flüssigkeiten
    • "Wolken in der Pfanne"
    • "Flüssige Finger"

Die verschiedenen Experimente zum Thema Viskosität befassen sich mit den Fragen: Was ist Viskosität? Wieso ist eine Flüssigkeit zäher als die andere? Welche kennt man aus dem Alltag?
Die fallende Kugel erklärt, wie sich eine Flüssigkeit verhält, wenn sich ein Gegenstand, in diesem Fall eine Kugel, durch sie bewegt. Für diesen Versuch stehen mehrere verschiedene Flüssigkeiten, unterschiedlicher Viskositäten, zur Verfügung.
„Silly-Putty“-Knete als Gummiflüssigkeit verbreitet in den Klassen generell gute Laune: man kann nicht nur an ihr rumkneten, sondern sie springt und, wenn man sich bemüht, zerreißt sie auch. Mit ihr kann man viskoelastische Eigenschaften eines Materials selbst erkennen und so unterscheiden, was typische Eigenschaften eines Feststoffes einer Flüssigkeit sind.
Mit unter den beliebtesten Versuchen, ist der Treibsand in Miniatur, hergestellt aus Speisestärke und Wasser (Oobleck), ist diese Maße ein Beispiel einer nicht-newtonschen Flüssigkeit. Je nach dem verhält sich diese Mischung wie ein Feststoff oder eine Flüssigkeit.

Der Versuche zur Oberflächenspannung beantworten unter anderem die Fragen: Was ist Oberflächenspannung? Woran kann ich sie erkennen? Wie entsteht sie?
Bei den Wasserspielen wird das Verhalten der Oberflächenspannung durch Wasserläufer und schwimmende Büroklammern, sowie die Reaktion der Spannung auf Seife erklärt.
Mit den Versuchen Kapillarität und Lamellen-Methode kann man zwei verschiedene Arten kennen lernen mit denen man die Oberflächenspannung messen und berechnen kann, zum einen über die kapillare Steighöhe und zum andern durch die Noüy-Ring-Methode. Die Lotuspflanze ist ein schönes Beispiel dafür, was hyrophobe Oberflächen sind, wie sich hydrophobe Oberflächen auf die Oberflächenspannung des Wassers auswirken und in welchen Bereichen des Alltags dieses Phänomen angewendet werden kann.
Weitere Eigenschaften von bestimmten Flüssigkeiten, die unter anderem aus der Oberflächenspannung hervorgehen, werden durch die Versuche zu Minimalflächen und der Welt der Blasen erklärt. So wird zum Beispiel durch Bildung von Seifenhäuten in verschieden förmigen Metallrahmen das Prinzip der Minimalfläche demonstriert und erklärt. Zusätzlich werden die faszinierenden Eigenschaften der zwei- sowie dreidimensionalen Seifenblasen erforscht.

Das Thema Instabilität in Flüssigkeiten ist etwas komplexer. Hier benötigt man für die beiden Versuche mehr Zeit.
Bei Wolken in der Pfanne wird Kakao gekocht. Dabei bilden sich kleine sechseckige Muster und es kann anhand dieser die Bénard-Konvektion erklärt werden.
Durch den Versuch Flüssige Finger kann mit Hilfe einer Helle-Shaw-Zelle und Flüssigkeiten verschiedener Dichte das Phänomen des „viscous fingering“ (viskoses Verästeln) beobachtet werden. Somit zeigt sich die Instabilität einer Flüssigkeit an der Grenzfläche zu einer anderen mit niedrigerer Viskosität. In diesem Versuch entstehen schöne, bunte Muster, von denen die Schülerinnen und Schüler auch Fotos schießen, auszudrucken und mitzunehmen dürfen.