Experimente zu Wirbel in Luft und Wasser
Abschnittsübersicht
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Wasser und Luft strömen, fließen und verwirbeln, sie haben in ihren Bewegungen viele Ähnlichkeiten, aber auch Gegensätze.
Verwirbelungen nimmt man meistens nicht wahr, aber sie sind spannend, weil sie sich überall bilden.
Den schnelllebigen Wirbeln kommen wir in diesem Kurs mit verschiedenen Experimenten auf die Spur. -
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Experiment: Blase mit einem Strohhalm Luft in ein Wasserglas.
Ergebnis: Die Luft steigt in Blasen auf, erzeugt an der Wasseroberfläche Wellen und vereinigt sich mit der übrigen Luft.
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Experiment: Nimm einen Schluck Wasser in den Mund und lass es durch einen Strohhalm rinnen.
Ergebnis: Das Wasser fällt in Tropfen durch die Luft. Treffen sie ins Wasserglas, so erzeugen sie dort Wellen und vereinen sich mit den übrigen Wasser.
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Ein Wasserstrahl kann unterschiedliche Formen haben. Am besten kann man dies an einem Wasserhahn beobachten.
Macht man den Wasserhahn nur ganz wenig auf, sieht man ersten Tropfen, die allmählich zu einem dünnen durchsichtigen Rinnsal. So einen ruhigen Wasserfluss nennt man laminar.
Macht man den Wasserhahn weiter auf, so sieht das Wasser trüb aus. Der Wasserstrahl ist weißlich und undurchsichtig, teilweise rauscht es und spritzt es. Der Wasserstrahl ist turbulent. Grund dafür ist die mitgerissene Luft, die eigentlich durchsichtig ist und den Wasserstrahl undurchsichtig macht.
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Einen Luftstrahl in der Luft sichtbar zu machen ist nicht so leicht. Mit einer Kerze, einem hellen Hintergrund und einer Lichtquelle, die auf die Kerze scheint, kann ein Luftstrahl sichtbar gemacht werden. In der Nähe der Kerze sieht man die Luft gerade nach oben aufsteigen also laminar. Etwas höher entstehen Verwirbelungen, was auf Turbulenzen hinweist.
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Hindernisse im Wasser- oder Luftstrahl verändern den Strahl. Schauen wir uns das in verschiedenen Experimenten genauer an.
Im folgenden Experiment kannst du einen Wasserhahn verwenden oder einen Becher voll Wasser.
Experiment mit Wasser: Drehe den Wasserhahn nur leicht auf, so dass der Wasserstrahl laminar bleibt. Das bekommst du auch durch langsames ausgießen eines Wasserbechers hin.
Halte nun deinen Finger in den Wasserstrahl (ca. 2cm Abstand zum Wasserhahn). Du zerstörst die gleichmäßige Form des Wasserstrahls. Das Wasser unterhalb deines Fingers wird turbulent. Oberhalb deines Fingers siehst du etwas Neues. Der laminare Strahl scheint gestaucht zu sein mit einem feinen ringförmigen Muster, das sind Kapillarwellen.
Probiere nun verschiedene Gegenstände (Brettchen, Löffel, Sieb, Tischtennisball, Stahlnadel) aus und beobachte, wie sich der Strahl verändert.
Experiment mit Luft: Dieses Experiment bitte nur unter Aufsicht eines Erwachsenen durchführen.
Das Experiment sollte in einem windstillem Raum durchgeführt werden und nach dem Experiment gut gelüftet werden.
Wir basteln uns zunächst einen Schornstein für unser Experiment. Der Schornstein hat eine Trichterform und ist an beiden Seiten offen. Weiterhin benötigen wir einen Porzellanteller, auf dem wir den Glasnapf aus der Materialbox stellen und eine Räucherkerze reinstellen. (Das Glas könnte aufgrund der gestauten Wärme heiß werden.) Die Räucherkerze bitte erst anzünden, wenn der Schornstein einsatzbereit ist und über den Glasnapf gestülpt wird. Halte ein schwarzes Papier als Hintergrund bereit.
Du kannst nun den Rauch aufsteigen sehen. Zu beginn ist verhält sich der Rauch laminar. Nach einer gewissen Höhe entstehen Turbulenzen/Verwirbelungen.
Halte deinen Finger in den laminaren Rauchstrahl. Du zerteilst den Rauch. Je näher du die Rauchfahne am Schornstein zerteilst, desto schöner fließt sie danach wieder zusammen.
Nun halte verschiedene Gegenstände in die Rauchfahne, die du auch in den Wasserstrahl gehalten hast und beobachte. Vielleicht kannst du einige der Verwirbelungen mit der Kamera einfangen.
Ohne Rauch Wirbel finden
Auch ohne Rauch kannst du den Luftstrom nachverfolgen. Um einen runden Gegenstand strömt Luft herum und trifft sich hinten wieder, ähnlich wie beim Tischtennisball im Wasser. So lässt sich eine Kerzenflamme, die hinter einer stehenden oder liegenden Flasche steht, auch von vorne ausblasen.
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