Wieso schwimmen Äpfel auf der Wasseroberfläche und wieso sinken Birnen?

Wasser hat eine Dichte von 1g pro cm3. Das bedeutet, dass 1ml Wasser 1g wiegt. Dinge, die eine niedrigere Dichte haben, also leichter sind als Wasser, schwimmen. Das ist beispielsweise bei Äpfeln so, oder bei Holz oder Plastik. Auch Süßkartoffeln sind leichter als Wasser und schwimmen. Dinge, die eine höhere Dichte als Wasser haben, also schwerer sind als Wasser, sinken. Die meisten Birnen haben eine höhere Dichte als Äpfel und sinken daher. Auch Steine, Glas und normale Speisekartoffeln sinken. Dichte beschreibt die Masse eines Gegenstandes im Vergleich zu seinem Volumen. Vereinfacht kann man sagen: Dichte beschreibt, wie schwer ein Gegenstand im Verhältnis zu seinem Volumen ist. Stell Dir vor, Du hebst eine Handvoll Kieselsteine und eine Handvoll Federn auf. Das Volumen ist für beide in etwa gleich groß, aber da die Kieselsteine eine höhere Dichte haben als die Federn, sind sie schwerer.

Die Birne in unserem Experiment hat eine höhere Dichte als der Apfel. Weil die Dichte der Birne auch höher ist als die Dichte von Wasser, sinkt sie. Wie kann man die Dichte einer Flüssigkeit mit der Dichte eines Festkörpers vergleichen? 1cm3 ist ein Würfel mit einer Kantenlänge von 1cm und genauso viel wie 1ml. Wenn also 1cm3 Wasser 1g wiegt und Birnen eine höhere Dichte haben als Wasser, bedeutet das, dass 1cm3 Birne‚ also ein Birnenwürfel mit 1cm Kantenlänge, mehr wiegt als 1g.

Wenn man das Wasser schwerer macht, indem man z. B. Salz darin auflöst, kann es passieren, dass die Birne nicht mehr sinkt, sondern genau wie der Apfel an der Oberfläche des Wassers schwimmt. In 1l Wasser kann man etwa 350g Kochsalz auflösen. Dann entsteht eine gesättigte Kochsalzlösung. ‚Gesättigt‘ bedeutet, dass kein weiteres Salz in dem Wasser gelöst werden kann. Eine gesättigte Kochsalzlösung hat eine Dichte von etwa 1,2 g pro cm3. Die Dichte der Birne in unserem Experiment muss also zwischen der Dichte von Leitungswasser (1g pro cm3) und der Dichte von einer gesättigten Kochsalzlösung (1,2g pro cm3) liegen.

Dass der Apfel nicht wie ein Tischtennisball direkt auf der Wasseroberfläche schwimmt, sondern an der Wasseroberfläche zu schweben scheint, liegt an der unterschiedlichen Auftriebskraft von Apfel und Tischtennisball. Das Gewicht eines Gegenstandes (seine Gewichtskraft) zieht diesen im Wasser nach unten. Die Auftriebskraft drückt ihn nach oben. Der statische Auftrieb eines Gegenstandes ist dabei genauso groß wie die Gewichtskraft des vom Gegenstand verdrängten Mediums, also des Wassers. Dieser Zusammenhang ist schon Archimedes, einem griechischen Mathematiker und Physiker, etwa 250 v. Chr. aufgefallen. Die Auftriebskraft eines Tischtennisballes ist durch das Material, aus dem er besteht (Plastik) und die Luft in seinem Inneren größer als seine Gewichtskraft. Der Tischtennisball schwimmt auf dem Wasser. Bei dem Apfel ist die Auftriebskraft genauso groß wie die Gewichtskraft, wenn er seine Position an der Wasseroberfläche eingenommen hat. Bei der Birne ist die Gewichtskraft höher als die Auftriebskraft. Daher sinkt sie zu Boden.

Schneidet eine sehr dünne Scheibe vom Apfel und der Birne ab, färbt sie mit verdünnter blauer Lebensmittelfarbe etwas an und betrachtet sie umgehend unter einem (digitalen) Mikroskop, bevor die Scheibe austrocknet. Dann seht ihr vielleicht, dass das Fruchtfleisch der Birne kompakter oder dichter gepackt ist als das des Apfels. Im Apfel sind mehr Hohlräume vorhanden als in der Birne. In diesen Hohlräumen ist Luft eingeschlossen.

Das Science Center in Differdingen bietet pädagogische Aktivitäten zum Thema Fluide an, die als Erweiterung zu diesem Experiment dienen können. Hier findest du die Kontaktdaten, um Dich über die Angebote zu informieren:
Tel: (00352) 288 399-1
Email: /Webseite: http://www.science-center.lu

activités-nature der Stadt Luxemburg bietet Aktivitäten zum Thema Garten, Obst und Gemüse an. Hier findest du die Kontaktdaten, um dich über die Angebote zu informieren:
Tel: (00352) 4796 6160
Email: activites.nature@technolink.lu
Webseite: https://www.vdl.lu/de/leben/schul-und-weiterbildung/ihr-kind-der-schule/aktivitaeten-der-natur/angebotene-aktivitaeten

Hier findest du weitere Links zu Wissenschaftskommunikatoren und Workshop-Anbietern.

Bietet deine Institution auch pädagogische Aktivitäten in diesem Bereich an und möchtest du auf science.lu verlinkt werden? Dann nimm bitte hier Kontakt mit uns auf.

Im SciTeach Center können sich Lehrkräfte Info-, Experimentier- und Expositionsmaterial ausleihen und mit dem kinderzentrierten „forschend- entdeckenden“ Lernen vertraut machen. Das Zentrum bietet auch Weiterbildungen an.

Während unsere Rubrik darauf abzielt, den Kindern die naturwissenschaftliche Methode anhand einer Anleitung näher zu bringen, geht es beim Konzept vom kinderzentrierten forschend-entdeckenden Lernen darum, den Kindern selbst mehr Gestaltungsmöglichkeiten zu geben. Du gibst als Lehrperson nur ein paar Materialien oder Fragen vor. Die Kinder entscheiden dann selbst, wofür sie sich interessieren oder was sie ausprobieren wollen. Als Lehrperson begleitest und unterstützt du sie dabei.

Im SciTeach Center soll das Kompetenzlernen im naturwissenschaftlichen Unterricht gefördert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, bietet das SciTeach Center Lehrkräften die Möglichkeit, gemeinsam mit anderen Lehrkräften und dem wissenschaftlichen Personal des SciTeach Centers neue Ideen und Aktivitäten für ihren naturwissenschaftlichen Unterricht zu entwickeln. Durch diese Zusammenarbeit soll auch das Vertrauen in den eigenen Unterricht gestärkt und mögliche Ängste gegenüber freiem Experimentieren abgebaut werden. Betreut werden die Veranstaltungen von wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Universität Luxemburg sowie von Lehrkräften.