6 einfache physikalische Experimente für Kinder

Physik ist die Naturwissenschaft, die sich mit Materie, Energie, Bewegung und Kraft beschäftigt. Das Ziel des Physikstudiums ist es, zu verstehen, wie unsere Welt und damit auch unser Universum funktioniert! Hier sind 6 supereinfache wissenschaftliche Experimente für Kinder zur Erforschung von Dichte, Schwerkraft, Elektrizität und Druck. Wahrscheinlich hast du die Materialien, die du brauchst, schon zu Hause herumliegen: Eier, Wasser, Lebensmittelfarbe, Orangen, einen Kamm und sogar Spaghetti!

Die Dichte von Wasser verändern

Hast du schon einmal gesehen, wie ein See im Winter gefriert? Wenn die Temperatur sinkt, bildet sich auf der Oberfläche eine Eisschicht, aber unter der Eisschicht ist der See noch da. Warum passiert das, und warum ist das Ihrer Meinung nach so wichtig? Diesen Fragen gehen wir im folgenden Experiment auf den Grund. Wir werden uns die Auswirkungen der Temperatur auf das Wasser genau ansehen und herausfinden, was passiert, wenn man versucht, unterschiedlich temperiertes Wasser zu mischen.

Was du brauchst:

• Zwei Behälter wie Gläser oder Messbecher
• Wasser
• Lebensmittelfarbe

Anleitung

1. Gib etwa vier Tassen Wasser in ein Gefäß. 2-3 Tropfen blaue Lebensmittelfarbe hinzugeben und gut vermischen. Über Nacht im Kühlschrank abkühlen lassen.

2. Etwa 1 Tasse Wasser zum Dampfen oder Kochen bringen. 2-3 Tropfen gelbe Lebensmittelfarbe hinzufügen und gut mischen.

3. Langsam ~1/4 Tasse kaltes Wasser in das heiße Wasser gießen. Achten Sie darauf, sehr langsam und am Rand des Behälters entlang zu gießen, damit sich das Wasser nur minimal vermischt. Du solltest sehen, dass sich zwei Schichten bilden. Beobachte, wie lange es dauert, bis die beiden Schichten allmählich zu einer einzigen grünen Schicht zusammenwachsen.

Was passiert?

Die Änderung der Temperatur von Wasser beeinflusst seine Dichte. Wenn sich das Wasser erwärmt, vibrieren die Moleküle und bewegen sich. Dadurch vergrößert sich der Raum zwischen den Molekülen, was zu einer geringeren Dichte führt. Wenn das Wasser abkühlt, werden die Moleküle langsamer und rücken enger zusammen. Dadurch wird das Wasser dichter. Das abgekühlte Wasser in unserem Experiment sank auf den Boden, weil es eine höhere Dichte hatte als das erhitzte Wasser. Es färbte sich grün, weil es auf dem Weg nach unten mit dem heißen Wasser in Berührung kam, das dadurch abkühlte und sank.

In der Natur ist dieses Phänomen für einen Prozess verantwortlich, der „Umsatz“ genannt wird. Durch das Absinken des kühleren und das Aufsteigen des wärmeren Wassers vermischen sich die Schichten eines Sees, so dass sich Nährstoffe wie Sauerstoff überall verteilen können. Warum also friert ein See nicht von unten nach oben zu? Die Dichte des Wassers steigt weiter an, bis es den Gefrierpunkt erreicht, aber dann ändert sich die Dichte wieder. Eis hat eine viel geringere Dichte als flüssiges Wasser, so dass das gefrierende Wasser nach oben steigt. Das Eis bildet eine Schicht auf der Oberfläche des Sees, aber darunter bleibt der See flüssig, so dass Pflanzen und Tiere den Winter überleben können.

Wie man eine Orange zum Sinken oder Schwimmen bringt

Wenn man versucht zu erraten, ob ein Objekt schwimmen wird, ist es nützlich, die Dichte des Objekts zu berücksichtigen. Die Dichte ist definiert als Masse pro Volumeneinheit, und Objekte mit einem höheren Masse-Volumen-Verhältnis haben eine höhere Dichte. Objekte, die dichter als Wasser sind, sinken, während Objekte mit geringerer Dichte über Wasser bleiben.

Da sie eine geringere Dichte als Wasser hat, schwimmt eine ungeschälte Orange. Es sollte einleuchtend sein, dass das Schälen einer Orange und damit die Verringerung ihrer Masse keine oder nur geringe Auswirkungen haben sollte. Tatsächlich ist das Gegenteil der Fall. Es mag kontraintuitiv erscheinen, aber im folgenden Experiment werden wir sehen, dass das Schälen einer Orange sie tatsächlich zum Sinken bringt.

Was du brauchst:

• Ein Gefäß mit breiter Öffnung, z. B. ein Glas
• Eine Orange
• Wasser

Anleitung

1. Fülle das Glas mit so viel Wasser, dass eine Orange bedeckt ist, wenn sie untergetaucht wird.

2. Lege eine ungeschälte Orange vorsichtig in das Wasser. Beobachte, was passiert. Sinkt die Orange oder schwimmt sie?

3. Nimm die Orange aus dem Glas und schäle sie.

4. Lege die geschälte Orange zurück in das Glas. Was passiert jetzt mit der Orange?

Was passiert?

Es mag so aussehen, als ob die Orange durch das Schälen noch besser schwimmen sollte, da wir ihr durch das Schälen etwas von ihrer Masse nehmen und sie leichter machen. Tatsächlich beobachten wir aber, dass das Schälen einer Orange sie sinken lässt. Das erscheint unlogisch, bis man sich das Wesen der Dichte vor Augen führt.

Die Dichte ist definiert als Masse pro Volumen. Eine Orangenschale ist sehr porös, das heißt, sie hat viele kleine Löcher. Die Löcher sind im Wesentlichen winzige Luftbläschen. Diese Lufttaschen sind leerer Raum oder Taschen ohne Masse, die bei der Berechnung der Gesamtdichte das Endergebnis verringern. Wenn Sie die Schale entfernen, werden die Lufteinschlüsse beseitigt. Jetzt hat die Orange eine höhere Dichte, weil ihre Masse pro Volumeneinheit zunimmt. Die Orange ist jetzt dichter als Wasser. Daher sinkt sie. Das Ergebnis scheint zwar gegen jede Vernunft zu sein, entspricht aber den Regeln der Dichte.

Wie man mit Hilfe der Schwerkraft feststellen kann, ob ein Ei gekocht ist

„Schwerkraft“ ist die Kraft, die uns zur Erde zieht, und sie ist dafür verantwortlich, dass Dinge zu Boden fallen, wenn sie hochgeworfen oder aus einer Entfernung fallen gelassen werden. Der „Schwerpunkt“ oder „Massenschwerpunkt“ ist der Punkt, an dem sich das Gewicht eines Objekts konzentriert. Er kann als der Punkt betrachtet werden, an dem die Schwerkraft auf ein Objekt einwirkt.

Ein stabiler Schwerpunkt macht Dinge wie Kreisel möglich, oder dass ein Seiltänzer auf einem dünnen Seil balancieren kann. Wir können uns dieses Phänomen auch zunutze machen, um festzustellen, ob ein Ei gekocht ist, ohne es aufschlagen zu müssen!

Was du brauchst:

• 2 Eier
• 1 kleiner Topf
• Wasser zum Kochen

Anleitung

1. Koche eines der Eier hart. *Hinweis: Dieser Teil erfordert die Aufsicht eines Erwachsenen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein Ei hart zu kochen, aber für die Zwecke dieses Experiments wollen wir sicherstellen, dass das Ei gründlich hart gekocht ist. Um dies zu erreichen, lass das Ei mindestens 15 Minuten in aktiv kochendem Wasser liegen.

2. Lass das Ei abtropfen und spüle es unter kaltem Wasser ab. Legen Sie das Ei für eine Stunde oder länger in den Kühlschrank. So kann man nicht einfach durch Überprüfen der Temperatur feststellen, welches Ei gekocht ist.

3. Das gekochte Ei und das rohe Ei aus dem Kühlschrank nehmen. Drehen Sie die Eier, eines nach dem anderen, auf einer Arbeitsplatte oder einer sauberen Oberfläche. Achten Sie auf die Unterschiede in der Art, wie sich jedes Ei bewegt. Ein Ei dreht sich leicht, während das andere wackelt und sich nur schwer drehen lässt.

Was passiert hier?

Der Inhalt der Schale des rohen Eies ist flüssig und kann sich daher bewegen. Wenn du versuchst, das rohe Ei zu drehen, verschiebt sich sein Inhalt. Das führt dazu, dass sich der Schwerpunkt des Eies ständig ändert. Da es keinen stabilen Schwerpunkt hat, dreht sich das Ei nicht gleichmäßig, wie ein Kreisel, sondern wackelt. Das gekochte Ei hingegen ist innen fest. Sein Schwerpunkt bleibt derselbe. Daher dreht sich das hartgekochte Ei gleichmäßig und lässt sich leicht vom rohen Ei unterscheiden, ohne dass man eines der beiden Eier aufschlagen muss.

Test einer Spaghetti-Brücke

Eine der wichtigsten Entscheidungen beim Bauen ist die Auswahl der Baumaterialien. Je nach ihrer Zusammensetzung können verschiedene Materialien unterschiedlichen Belastungen standhalten. Wir können dieses Konzept untersuchen, indem wir eine Miniaturbrücke bauen und dann ihre Tragfähigkeit testen. Anhand von ungekochten Spaghetti werden wir untersuchen, wie sich die strukturelle Beschaffenheit eines bestimmten Baumaterials auf seine Belastbarkeit auswirkt.

Was du brauchst:

• Spaghetti
• Papierklammer oder S-Haken
• kleiner Pappbecher
• mehrere Münzen

Anleitung

1. Lege einen Strang ungekochter Spaghetti zwischen zwei Gläser oder Schachteln, so dass die Spaghetti eine Brücke bilden.

2. Biege die Büroklammer zu einem S-Haken (oder verwende einfach einen S-Haken) und stich ein Loch in den Pappbecher. Hänge den Pappbecher an deinen Haken und hänge dann vorsichtig den Haken und den Becher an die Spaghetti-Brücke.

3. Füge eine Münze nach der anderen in den Becher. Notiere, wie viele Münzen du hinzufügen kannst, bevor die Spaghetti brechen.

4. Baue das Experiment erneut auf, aber verwende diesmal zwei Spaghetti-Stränge, um die Brücke zu konstruieren. Wie viele Münzen kann deine neue Brücke halten, bevor sie zerbricht?

5. Wiederhole das Experiment mit steigenden Mengen an Spaghetti-Strängen. Was bemerkst du an der Fähigkeit der Brücke, Münzen zu tragen, wenn du mehr Spaghetti hinzufügst?

Was passiert?

Ein Strang ungekochter Spaghetti ist sehr spröde und reißt, wenn Druck auf ihn ausgeübt wird. Wenn wir jedoch zusätzliche Spaghettisträhnen hinzufügen, wird der Druck auf die einzelnen Stränge verteilt, so dass der Gesamtdruck, der auf jeden Strang ausgeübt wird, geringer ist. Die Stränge teilen sich im Grunde die Last, so dass die Anzahl der Münzen, die hinzugefügt werden können, bevor die Brücke bricht, steigt.

Ein Beispiel für ein Baumaterial, das dieses Prinzip nutzt, ist Sperrholz. Sperrholz besteht aus mehreren dünnen Blättern Holzfurnier, die miteinander verleimt wurden. Dadurch entsteht ein Material, das einem höheren Druck standhalten kann als ein einzelnes Blatt.

Wie man einen Kammmagneten herstellt

Wahrscheinlich haben Sie schon einmal statische Elektrizität erlebt. Der kleine Schock, den du manchmal spürst, wenn du nach einer Türklinke greifst, die Art und Weise, wie sich dein Haar aufrichtet, wenn du es bürstest, die Art und Weise, wie dein Hut an deinem Haar haftet – all das sind Beispiele für statische Elektrizität.

Im folgenden Experiment werden wir statische Elektrizität nutzen, um einen „Magneten“ herzustellen. Wir erzeugen eine elektrische Ladung auf einem Haarkamm und untersuchen, wie diese Ladung funktioniert. Am Ende des Experiments werden wir ein besseres Verständnis der statischen Elektrizität haben, warum sie sich so verhält, wie sie sich verhält, und was wir tun können, um ihre Auswirkungen in unserem täglichen Leben zu minimieren.

Was du brauchst:

• Einen Haarkamm
• Ein Taschentuch
• Schere

Anleitung

1. Wenn Ihr Tissue 2-lagig ist, trennen Sie die beiden Lagen und verwenden Sie nur eine. Schneiden Sie das Tissue mit einer Schere in Viertel. Legen Sie eines der Viertel flach auf eine Tischplatte.

2. Fahren Sie mit einem Kamm mehrmals (mindestens 12 Mal) in schneller Folge durch Ihr Haar. Dies funktioniert am besten bei sauberem, trockenem Haar und bringt die besten Ergebnisse mit dem feineren Teil des Kammes oder dem Ende, an dem die Zähne enger beieinander liegen.

3. Unmittelbar nachdem du den Kamm durch dein Haar geführt hast, berühre den Kamm an einer Kante des Taschentuchs. Du weißt, dass es funktioniert hat, wenn sich das Gewebe erhebt, um den Kamm zu treffen, sobald er sich ihm nähert. Hebe das Gewebe mit deinem neuen „magnetischen“ Kamm vom Tisch und in die Luft.

Was passiert?

Statische Elektrizität entsteht, wenn negativ geladene Teilchen, sogenannte „Elektronen“, auf ein Objekt übertragen werden und sich dort ansammeln. Im Fall unseres Experiments war das Objekt der Kamm. Die Elektronen sind von unseren Haaren auf den Kamm „gesprungen“ und haben den Kamm vorübergehend negativ aufgeladen. Da sich Gegensätze anziehen, wurden die negativen Ladungen des Kammes von den positiven Ladungen des Gewebes angezogen, und das Gewebe „klebte“ am Kamm.

Trockenere Bedingungen begünstigen die statische Aufladung, weshalb man im Winter häufiger statische Schocks bekommt. Das liegt daran, dass Wasser ein guter Leiter ist. Wenn es feucht ist, können die statischen elektrischen Ladungen, die sich natürlich auf einer Oberfläche aufbauen, von den in der Luft schwebenden Wasserteilchen absorbiert werden. Diese Wasserteilchen sind bei trockenen Bedingungen nicht vorhanden, so dass sich die Ladungen ansammeln, um sich dann auf einmal zu zerstreuen, wenn sie mit einem anderen Gegenstand in Berührung kommen, z. B. mit der Hand an einem Türknauf.

Ein Ei im Wasser schwimmen lassen

Nicht alles schwimmt im Wasser. Ein Ei zum Beispiel sinkt auf den Boden, wenn es in ein Gefäß mit Wasser gelegt wird. Ein Tischtennisball hingegen schwimmt. Warum ist das so? Was lässt etwas schwimmen oder sinken? Die Antwort ist die Dichte. Gegenstände, die dichter als Wasser sind, sinken. Diejenigen, die eine geringere Dichte haben, schwimmen.

Mit dem folgenden Experiment kannst du die Wirkung der Dichte in Aktion beobachten. Indem wir die Dichte des Wassers verändern, können wir die Fähigkeit eines Eies zu schwimmen verändern.

Was du brauchst:

• Ein durchsichtiges Gefäß, z.B. ein Glas
• Ein Ei (Hinweis: Das Ei muss nicht hartgekocht sein, aber es könnte weniger nervenaufreibend sein, wenn die Kleinen ein hartgekochtes Ei anfassen.)
• Wasser
• Salz

Hinweise

1. Gib 1 Tasse Wasser in den leeren Behälter oder so viel, dass der Behälter zur Hälfte gefüllt ist und ein Ei vollständig untergetaucht werden kann. Lege das Ei vorsichtig in das Wasser und beobachte, was passiert.

2. Nimm das Ei heraus. Gib 6 Esslöffel Salz in das Wasser im Behälter und rühre es um. Lege das Ei vorsichtig zurück in das Salzwasser und beobachte es.

3. Nimm das Ei heraus und spüle es mit frischem Wasser ab. Füge langsam, um das Salzwasser nicht zu stören, eine Tasse sauberes Wasser in den Behälter. Das Ziel ist es, das Süßwasser auf das Salzwasser zu schichten, nicht die beiden Schichten zu vermischen. Lege das Ei ein drittes Mal in den Behälter.

Was passiert?

Ein Ei hat eine höhere Dichte als Wasser, deshalb schwimmt es nicht. Als wir dem Wasser aber Salz hinzugefügt haben, haben wir die Dichte verändert. Das Wasser hat nun eine höhere Dichte als das Ei. Dadurch konnte das Ei schwimmen. Um dieses Konzept weiter zu verdeutlichen, haben wir eine Schicht Süßwasser über das Salzwasser gelegt. Das Ei sank durch das Süßwasser, hörte aber auf zu sinken, als es die Salzwasserschicht erreichte.

Ein Punkt, der betont werden muss, ist, dass ein Objekt nicht weniger wiegen muss als Wasser, um zu schwimmen, es muss nur eine geringere Dichte haben. Das bedeutet, dass er im Verhältnis zu seiner Masse eine größere Anzahl von Leerräumen haben muss. Deshalb können Boote schwimmen, obwohl sie so groß und schwer sind, und deshalb kann ein Tischtennisball schwimmen, ein Ei aber nicht.