Dem Projekt vorgeschaltet ist ein Angebot in dem experimentiert wird, um heraus zu finden,

welches Material auf dem Wasser schwimmt und welches unter geht.

Grundsätzlich wird für dieses Projekt eine Altersgruppe ab 5 Jahre angesprochen, also ab Vorschulalter, da Bezüge zwischen den einzelnen Projektteilen hergestellt werden müssen. Schulkinder (ab zweite Klasse also ca. ab 7-8 Jahre) können nach dem Kennen lernen verschiedener Antriebstechniken eine freie Aufgabenstellung erhalten, die eine Kombination bekannter Antriebstechniken oder neue Varianten ermöglichen.

Aktionsverzeichnis:

Schwimmen und Versinken. 1

Das Luftballonboot 3

Das Düsenboot 5

Bootsrennen mit Öl und Spülmittel 7

Boot mit Magnetantrieb. 9

Gleichgewicht von Schiffen. 11

Name:

Schwimmen und Versinken

Kategorie: Physik: Antrieb/Auftrieb Wasser

Alter: 6- 10 Jahre

Anzahl: 5- 10 Kinder

Ort: Experimentierraum oder im Freien

Zeit: ca 20 Minuten

Materialien/Vorbereitung:

Verschiedene Gegenstände und Materialien aus dem Erlebnisbereich des Kindes wie: Knöpfe, Styropor, Zahnstocher, Reißzwecken, Korken, Knete, Spielfiguren, Wasser, Schüsseln usw.

Ziele für die Kinder:

- Die Kinder können sehen, welche Materialien oben schwimmen, welche nicht.

- Die Kinder sollen die Materialien vorsichtig auf die Wasseroberfläche legen, damit auch schwerere Materialien ausprobiert werden können.

- .

Ablauf:

Wenn die Schüsseln auf dem Tisch stehen, können sich die Kinder die verschiedenen Materialien nehmen und sie aufs Wasser legen und sehen, welche Materialien schwimmen und welche nicht.

Eine Problematisierung ist möglich, z.B. wie schaffe ich es die Knete zum Schwimmen zu bringen (aus der Kugel ein Schiff formen)

Wissenschaftlicher Hintergrund:

Ob Gegenstände schwimmen können, oder nicht, hängt vom Verhältnis zwischen Auftrieb und Gewichtskraft ab. Taucht man einen Gegenstand in Wasser ein, können verschiedene Fälle auftreten:

Auftrieb < Gewichtskraft = Der Körper sinkt.

Auftrieb = Gewichtskraft = Der Körper schwebt.

Auftrieb > Gewichtskraft = Der Körper steigt hoch und schwimmt.

Bei massiv ausgefüllten Körpern (wie Holzkugel, Vollgummi-Ball, Korken etc.) bestimmt allein die Dichte der Gegenstände (d.h. wie viel Gramm ein Kubikzentimeter eines Körpers wiegt) im Vergleich zur Dichte der Flüssigkeit, ob der Gegenstand in der Flüssigkeit schwimmt oder untergeht. Ist die Dichte des Materials geringer als die Dichte der Flüssigkeit, schwimmt der Körper.

Bei vielen schwimmenden Körpern (wie Schiffen, Bällen, leeren Flaschen, etc) kommt zusätzlich die Form ins Spiel. Entscheidend dabei ist, dass die Körper viel Wasser beim Eintauchen verdrängen, ohne dass Wasser in sie eindringt. So auch beim obigen Versuch: Das Knetgummi-Boot verdrängt deutlich mehr Wasser als ein aus demselben Material geformter Knetgummi-Ball.

Variationen:

Den Kindern wird erzählt, was wir machen wollen: Heute ist großer Schwimm- und Tauchtag. Wir wollen testen, welche Gegenstände schwimmen können und welche untergehen. Es werden zwei bis drei Schüsseln auf den Tisch oder draußen auf den Boden gestellt und vorher mit Wasser gefüllt.

Die Kinder können sich Styroporboote bauen und schauen ob sie schwimmen. Wenn ja können sie die Boote noch beladen und schauen, wann diese untergehen.

Hinweise:
Auf der Wasseroberfläche ist eine Haut, die nicht so schwere Materialien auf der Wasseroberfläche hält.

Quellenangabe:

http://www.physik.uni-kassel.de/did/gs/Schiff.htm Carolin Schneider & Bastian Fleck

Spannende Experimente von Herrmann Krekeler und Marlies Kieper- Bastian. Ravensburger Verlag.

Name:

Das Luftballonboot

Kategorie:

- Physik

- Antrieb/Bewegung/Mechanik

Alter:

4-10 Jahren

Anzahl:

4 Kinder

Ort:

Gefliester Raum

Zeit:

ca. 20- 30 Minuten

Vorbereitung:/Materialien:

Luftballon, Strohhalm, Styropor Platten, zwei Schaschlikspieße, Zahnstocher, Tesafilm, Tuschfarben, Scheren, Messer, Papier

Vorab werden die Styroporplatten etwas kleiner geschnitten

Ziele für die Kinder:

- Die Kinder lernen das Prinzip des Rückstoßes.

- Sie lernen, dass Styropor schwimmt.

- Sie lernen wie man aus einfachen Materialien ein schnelles Boot herstellt

Ablauf:

1. Ausschneiden der eigentlichen Figur des Schiffes (vorn dreieckig hinten rechteckig, die obere Platte wird als Viereck ausgeschnitten),

2. Mit Zahnstochern werden die zwei Platten übereinander befestigt,

3. ein Segel wird ausgeschnitten und an einem Schaschlikspieß befestigt,

4. Der Luftballon wird vorab einmal aufgepustet und dann wird ein Strohalm in den Luftballon gesteckt, so dass noch ca. drei Zentimeter hinaus gucken und mit Tesafilm festgeklebt,

5. Der Strohalm wird dann an den Schaschlikspieß geklebt,

6. Dann kann das Boot ins Wasser gelassen werden.

Wissenschaftlicher Hintergrund:

Die Luft, die aus dem Ballon entweicht ist wie ein Rückstoß, der das Boot nach vorn schießen lässt.

Die Luft wird aus dem Luftballon gepresst, da das gedehnte Gummi sich wieder zusammen zieht.

Die Luft die dadurch nun schnell herausströmt, drückt den Luftballon nach vorne.(Rückstoß)

Der Rückstoß ist die Kraft, die auf einen Körper ausgeübt wird, von dem eine Masse mit einer bestimmten Geschwindigkeit ab- oder ausgestoßen wird. (s. Meyers großes Taschenlexikon).

Hinweise:
Der Luftballon muss vor beginn auf gepustet werden, damit es anschließend nicht so schwer geht, diese aufzupusten.

Es muss darauf geachtet werden, dass auf keinen Fall Luft zwischen Strohalm und Luftballon entweicht.

Für die Kinder ist es leichter, wenn man zum aufpusten den Schaschlikspieß mit Ballon hinaus nimmt.

Variationen:

Die Luftballons können mit samt dem Schaschlikspieß abgenommen werden, so dass das Boot allein schwimmen kann. Außerdem kann man sein Boot in verschiedensten Formen aussägen, da es nicht immer eckig sein muss.

Quellenangabe:

Variation von:

Sachunterricht konstruktivistisch be-greifen, Band 1, Schneider Verlag Hohengehren 2001

Name:

Das Düsenboot

Kategorie:

- Physik

Mechanik

Alter:

4 bis 6 Jahre

Anzahl:

4 Kinder

Ort:

Gefliester Raum

Zeit:

ca. 30 Minuten

Vorbereitung/ Materialien:

Ein Tag vorher müssen die Apfelsinenschalen ausgehüllt werden, ohne dass die Schale dabei beschädigt wird.

Nach ein paar Stunden formt man das Boot noch einmal nach.

Die Eier werden vorab ausgepustet

Nägel, Apfelsinenschale, Teelichter, ausgepustete Eier, Tesafilm

Ziele für die Kinder:

Die Kinder lernen, dass Wasser verdampft, wenn es erhitzt wird.

Sie lernen, dass Apfelsinenschalen schwimmen.

Sie lernen den vorsichtigen Umgang mit Feuer, Eierschalen und Apfelsinenschalen.

Ablauf:

1. Die Nägel werden in einem Dreieck in die Apfelsinenschale gestochen, so dass man ein Ei darauf legen kann,

2. Das Teelicht in die Mitte der Schale legen,

3. Ein Loch des Eies auf einer Seite zu kleben und mit Wasser füllen,

4. Nun das Ei auf die Nägel legen, so dass das offene Loch in Fahrtrichtung nach hinten zeigt,

5. als Verzierung evtl. noch Segel und Ruder aus Papier ausschneiden

Wissenschaftlicher Hintergrund:

Nach dem Anzünden der Kerze kommt das Wasser im Ei (Bootskessel) zum Kochen und ein Dampfstrahl zischt heraus. Der Dampf dehnt sich aus und entweicht mit großem Druck rückwärts durch die offene Drüse. Es treibt das Boot in einer Gegenbewegung an. Wie nach dem Gesetz des englischen Physikers Isaac Newton (1643-1727) verursacht jede Bewegung eine Gegenbewegung.

Variationen:

Man kann das Experiment auch mal mit kleineren oder größeren Eierschalen bzw. kleineren und größeren Apfelsinenschalen ausprobieren.

Wichtig ist hierbei die Apfelsinenschalen und das Ei vorher auszuprobieren, damit es nicht während des Angebotes unter geht.

Hinweise:

Achtung die Apfelsinenschalen müssen groß genug sein, damit diese auch wirklich schwimmen und nicht auf dem Wasser unter gehen.

Das Ei darf nicht direkt auf dem Teelicht liegen, damit dieses nicht erstickt.

Quellenangabe:

Sachunterricht konstruktivistisch be-greifen, Band 1, Schneider Verlag Hohengehren 2001

Name:

Bootsrennen mit Öl und Spülmittel

Kategorie:

Chemie

Laugen und Säuren

Alter: Mädchen/Jungen im Alter ab 5 Jahre

Anzahl: 4-6 Kinder

Ort:

im Waschraum oder im Gruppenraum mit großer Wanne und Wachsdecke zum Auslegen

Zeit:

Ca. 15 Minuten

Vorbereitung/ Materialien:

Korken in etwa gleich große und dicke Scheiben schneiden, in das Waschbecken (Waschraum) oder in eine Wanne (Gruppenraum, vorher unter der Wanne mit Wachsdecke auslegen) Wasser füllen; Pipette, Spülmittel, Öl und Messer bereit stellen;

Korken in Scheiben geschnitten, Messer, Wasserbassin mit Wasser, Spülmittel

und Öl, Pipette

Ziele für die Kinder:

Die Kinder sollen den Effekt des

ausfließenden Öles/Spülmittels erkennen und eine Möglichkeit der Fortbewegung ableiten.

Ablauf:

1. Die Korkenscheiben sollen eingekerbt werden, so dass ein Kanal vom ersten Drittel der Korkenscheibe bis zum hinteren Ende entsteht.

2. Der Korken wird an der rechten Wand des Waschbeckens/ der Wanne auf das Wasser gesetzt.

3. Spülmittel wird mit der Pipette in den Kanal der Korkenscheibe gefüllt (ein Tropfen reicht).

4. Die Reaktion wird beobachtet und analysiert.

5. Eine weitere Korkenscheibe wird mit Öl in Gang gesetzt (Wiederholung der Schritte 3 und 4). Mit weiteren Korkenscheiben werden Wettrennen veranstaltet. Welcher Antrieb ist schneller?

Wissenschaftlicher Hintergrund:

Da beide als Antrieb benutzte Flüssigkeiten sich nicht (Öl)

oder nur teilweise (Spülmittel) mit dem Wasser vermischen und zudem eine andere Dichte als Wasser haben, nutzen sie die Oberflächenspannung des Wassers. Weil sie im Kanal der Korkenscheibe nur eine Richtung zum Ausfließen haben (Aktion), wird durch die Ausflussbewegung der Korken nach vorn geschoben (Reaktion).

Variationen:

Andere Materialien wie Papier oder Pappe sind für einen schnellen Versuchsstart ebenfalls geeignet. Andere Flüssigkeiten benutzen um den Effekt zu unterstreichen bzw. die Besonderheiten zu verdeutlichen. Dazu auch das Experiment was mischt sich mit Wasser?"" Die Konstruktion/Ausgestaltung von "Renn""-Booten würde das Angebot zeitlich verlängern und könnte das Experiment dauerhafter erlebbar machen.

Hinweise:

Der Umgang mit dem Messer soll geübten und sicheren Kindern erlaubt sein. Alternativ könnte Papier oder Pappe mit der Schere bearbeitet werden.

Quellenangabe:

Erstaunliche Experimente aus dem Orbis V erlag, München 2003

Name:

Boot mit Magnetantrieb

Kategorie:

Physik

Elektrizitätslehre (Magnetismus)

Alter:

Mädchen/Jungen ab einem Alter von 5 Jahren,

Anzahl:

4-6 Kinder

Ort:

Am Basteltisch und/oder im Waschraum

Zeit:

ca. 15 Minuten

Vorbereitung/ Materialien:

Eine Wanne mit Wasser sollte bereit stehen, sowie eine Spritzdecke. Alternativ könnte im Waschraum stattfinden. Die weiteren Materialien liegen ebenfalls bereit.

Papier, Nägel, Büroklammern, Stabmagneten

Ziele für die Kinder:

Die Zusammenhänge einer Reihe von Experimenten sollen erfasst werden.

Ablauf:

Aus dem Papier wird ein Boot gefaltet.
Das Boot wird mit Nägeln und Büroklammern bestückt.
Das Boot wird zu Wasser gelassen und mit Hilfe des Magneten gelenkt ohne dass es am Wannenrand "kleben"" bleibt.
Als Geschicklichkeitsübung können Wettrennen veranstaltet werden.

Wissenschaftlicher Hintergrund:

Die eisenhaltigen Nägel und Büroklammern werden von dem Stabmagneten angezogen. Wenn sie an dem Schiff befestigt oder im Schiff verkeilt sind müssen sie sich mit dem Papierschiff auf den Magneten zu bewegen. Der Wirkungsgrad der magnetischen Anziehungskraft wird bewusst.

Variationen:

Unterschiedliche Materialien für das Boot. Rennstrecke bei der der Magnet unter der Wanne geführt wird.

Hinweise:

unbedenklich

Quellenangabe:

Dröse/Weiß: Versuche im Sachunterricht der Grundschule, Auer Verlag Donauwörth 2002

Name:

Gleichgewicht von Schiffen

Kategorie:

Physik

Mechanik

Alter: 5-6 Jahre

Anzahl: 12 Kinder

Ort: Gruppenraum

Zeit: ca 60 Minuten

Vorbereitung:/Materialien: Styroporplatten, Bausteine ,Steine, zwei Wasserbecken mit Wasser

Zwei Tische werden mit Basteldecken versehen.

Ein Wasserbecken wird auf je einen Arbeitstisch gestellt und mit Wasser gefüllt. Die Bausteine und Steine werden in einer Kiste in der Nähe der Tische platziert.

Ziele für die Kinder:

Die Kinder sollen die Eigenschaft Gleichgewicht kennen lernen.

Die Kinder sollen Gewichte einschätzen können.

Ablauf:

Einführung:

Wir fragen die wie man Schiffe beladen kann ohne dass sie kentern.

Wir begeben uns an die Arbeitstische

Durchführung:

Die Kinder experimentieren indem sie die Styroporplatten mit Bausteinen und Steinen beladen.

Schluss:

Wir besprechen unser Ergebnis. Warum sind die Schiffe untergegangen warum sind sie gekentert und warum sind die Bausteine auf dem schiff geblieben.

Wissenschaftlicher Hintergrund:

Gleichgewicht kann man gut an einer Balkenwaage erklären. Die Seite wo das Material mit dem höheren Gewicht liegt wird sich neigen. Siehe Rückseite

Variationen:

Andere Materialien zum beladen nehmen.

Andere Platten benutzen z.B. aus Holz, Knete

Hinweise:

Vorsicht mit der hohen Menge an Wasser , da das Experiment im Gruppenraum stattfindet.

Quellenangabe:

Experiment aus der Praxis

Balkenwaage Informationen unter:
www.uni-tuebingen.de/uni/pki/skripten/V1_10A_Waage.DOC

Details:

Bei einer Balkenwaage liegt der Schwerpunkt des Gestänges unterhalb des Drehpunkts. Wird die Waage ungleich belastet, dann verlagert sich der Schwerpunkt, bis das Drehmoment der Last durch das Drehmoment des Schwerpunkts ausgeglichen wird. Die Bilanz der Drehmomente zeigt, von welchen Parametern die Empfindlichkeit der Waage abhängt.

Formel	Erläuterung
	Links	Drehmomente
	Rechts
	Gestänge
	Bedingung fürs Gleichgewicht
	Bedingung fürs Gleichgewicht
	Empfindlichkeit der Waage

Herleitung der Gleichung zur Empfindlichkeit der Waage