Arbeitsblätter zu "Warum geht ein Schiff nicht unter?"

Auf vielfachen Wunsch habe ich für die 3./4. Klassen der Grundschule für das Buch "Warum geht ein Schiff nicht unter?" drei Arbeitsblätter entwickelt, die hier zum kostenlosen Download zu Verfügung stehen.

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Schwäbisches Tagblatt vom 13. April 2016

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Warum geht ein großes Schiff nicht unter?

Das ist der Titel des 4. Buches aus der Reihe Nela forscht. Das Buch wir voraussichtlich Ende März 2016 erscheinen. Aktuell arbeiten wir daran, die Illustrationen fertigzustellen. Anbei ein kleiner Vorgeschmack:


 

 

 

 

 

Wer ist stärker die Auftriebskraft des Wassers oder die Erdanziehungskraft?

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Frisch aus der Druckpresse - 2. und erweiterte Auflage



Wie schön, die Nachfrage war so groß, dass die erste Auflage der jeweils ersten Bände vergriffen ist. Wir haben eine 2., erweiterte Auflage gedruckt, die sich inhaltlich nicht von der 1. Auflage unterscheidet. Einige wenige Grafiken wurden aufgepeppt und der Text wurde ein bisschen überarbeitet. Die Bücher lesen sich jetzt noch schöner. Außerdem kommt das Erstlingswerk "Papa, trinkst du heute eine Tasse Luft?" jetzt mit einem Umschlag daher, der zu den anderen beiden Büchern passt. 

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Nela forscht jetzt auch in Antolin!

Das ist der Link!

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Experimentierwelt wird ausgeweitet

Die Experimentierwelt wird um den Unterpunkt "Jahreszeiten" ergänzt. Aus den bestehenden Experimentierbeschreibungen werden die herausgesucht, die sich für eine Jahreszeit besonders eignen. Den Anfang macht ab heute der Winter.

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CD "Nelas Welt" auch als Gruppensatz

Wir haben uns entschieden, die CD-Nelas Welt bis Ende November auch als Gruppensatz anzubieten. Ein Satz mit 30 Stück kostet 36,99 €. Das ist im Vergleich zum Einzelpreis (3,50 €) ein genialer Preis, mit dem sich die CD ideal als Geschenk vom Schul- oder Kindergarten-Nikolaus eignen  würde. Eine Freundin hat mich auf die Idee gebracht.


Zur Bestellung und Produktseite

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Was ist Oberflächenspannung?

Wie bei allen Flüssigkeiten bildet auch die Oberfläche von Wasser eine Art elastische Haut, die nicht selten Wasserhaut genannt wird. Unter "Oberfläche" versteht man dabei die Grenze vom Wasser zur Luft.

Warum gibt es eine Wasserhaut?

Die Wasserteilchen halten, wie alle Flüssigkeiten, zusammen. Es wirken sogenannte Anziehungskräfte (Kohäsion), die für Naturwissenschaftler erklärbar sind, die aber auch irgendwie magisch sind. Vielleicht kann man es sich am besten so vorstellen, dass sich einzelne Wasserteilchen immer wieder an einander festhalten (es gibt auch Partnertausch!).

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Seifenblasen mit der Hand

In die Seifenhaut zwischen Zeigefinger und Daumen blasen
In die Seifenhaut zwischen Zeigefinger und Daumen blasen
Seifenblase entsteht
Seifenblase entsteht

Sehr spannend für Kinder ist es auch, wenn sie Seifenblasen einfach mit den Händen selbst kreieren.

 

Dafür braucht man nur Wasser und eine handelsübliche flüssige Handwaschseife. (Mit Spülmittel und anderen Seifen funktioniert das genauso.) Die Kinder seifen ihre Hände mit der Seife und ein wenig Wasser ordentlich ein.

Mit Zeigefinger und Daumen formen sie dann einen kleinen Kreis. Normalerweise bildet sich zwischen Zeigefinger und Daumen eine dünne Seifenhaut, in die die Kinder vorsichtig blasen können. Eine Seifenblase entsteht. Jetzt können die Kinder vielfältig experimentieren:

  • Die Seifenblase verschließen, auf die Hand legen und herunterblasen
  • Die Seifenblase auseinanderziehen
  • Zwei Seifenblasen gegeneinander drücken
  • ...

gleich fliegt sie  weg
gleich fliegt sie weg
keine Kugel mehr
keine Kugel mehr

Unter der Dusche geht es auch:

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Schaum ohne Ende

Die Überschrift hätte auch lauten können "Seifenblasen ohne Ende". Dieses Experiment ist einfach und hat einen großen Spaßfaktor. Am einfachsten ist es wohl, das Experiment draußen  durchzuführen.

Was wird benötigt?

  • Spülmittel oder Handseife
  • ein Trinkhalm
  • ein Löffel
  • ein Glas, halbvoll mit Wasser
  • ggf. einen Textmarker

Wie gehen wir vor?

Die Kinder geben einen Teelöffel Seife in das Glas und rühren. Schaum entsteht (->Warum macht Seife Schaum?), was uns in diesem Moment nur bedingt interessiert. Dann greifen die Kinder den Trinkhalm und blasen in die Seifenlösung.

 

Was beobachten wir?

Es entsteht Schaum, der sich schnell vermehrt und über den Glas bzw. den Becher hinausragt. So lange geblasen wird, so lange entsteht neuer Schaum mit vergleichsweise großen und gleichmäßigen Blasen.

 

Was ist hier passiert?

Wenn Luft in Seifenwasser geblasen wird, dann steigt die Luft in Form von runden Luftblasen auf. Wenn die Luftblasen die Wasseroberfläche erreicht haben, dann legt sich eine Seifenblasenhaut um diese und hält die Luft gefangen bis die Blase platzt bzw. nach und nach verschwindet.


Tipp:

  1. Wenn der Trinkhalm an einem Ende mit einem Textmarker markiert wird, dann könnte das das obere Ende des Trinkhalms sein. Die Kinder blasen so nicht versehentlich in das Ende, das zuvor in die Seifenlösung getaucht war.
  2. Die Seifenblasen entwickeln sich zumeist nach oben, d.h. zum Mund hin. Dann einfach mal den Trinkhalm aus den Blasen ziehen und an einer neuen Stelle in die Seifenlösung tauchen.

 

Übersicht Oberflächenspannung & Seifenblasen

 

 

 

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Wasser haftet am Holzstab

Plötzlich ändert das Wasser seine Richtung und fließt am Stab entlang.
Plötzlich ändert das Wasser seine Richtung und fließt am Stab entlang.

Wenn wir Wasser aus einer Kanne gießen, dann fließt Wasser in einem Strahl auf direktem Wege nach unten auf den Boden. Das können Kinder wunderbar ausprobieren. Das Wasser fließt nach unten, weil es von der Erde angezogen wird (->"Was ist Erdanziehungskraft?"). Es fließt als ein Strahl, weil die Wasserteilchen sich an einander festhalten und sich von der umgebenden Luft eher abwenden (-> "Was ist Oberflächenspannung?").

 

In einem Experiment gießen wir einen dünnen Strahl Wasser auf einen dünnen Holzstab (z. B. Grillspieß), den wir in einem Flaschenhals fixiert haben. Sobald der Wasserstrahl auf den Holzspieß trifft, fließt das Wasser am Holzstab entlang in die Flasche hinein. Wenn zu viel Wasser aus der Kanne gegossen wird, klappt das so nicht!

 

Warum ist das so?

Zwischen den Wasserteilchen und dem Holzstab gibt es auch Anziehungskräfte (Adhäsion), die in diesem Fall sogar größer als die Erdanziehungskraft sind. Die Wasserteilchen halten sich untereinander fest (Kohäsion) aber sie halten sich ebenso an anderen, insbesondere festen Stoffen fest. In unserem Fall sind es die Holzteilchen.

Wenn zu viel Wasser aus der Kanne gegossen wird, dann gibt es für die Wasserteilchen um den Holzstab herum nicht genug Platz. Das Wasser, was sich nicht am Stab festhalten kann, fällt deshalb direkt auf den Boden.

 

Das Festhaften von Wasser an Feststoffen ist für Kinder sicher nicht immer leicht zu verstehen. Eine erklärende Analogie ist z. B. das Duschen oder Baden. Das Wasser bleibt auch an unserem Körper haften und wir müssen uns abtrocknen.

 

 

 

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Pinsel mit Wasserhaut

Ein schönes Experiment zur Demonstration der Oberflächenspannung von Wasser (= "Wasserhaut") ist ein Pinsel, der ins Wasser getaucht wird.

 

Wir benötigen nur eine mit Wasser gefülltes Glas und einen buschigen Pinsel.

 

Wie gehen wir vor?

Die Kinder betrachten immer wieder den Zustand der Pinselhaare. Zuerst im trockenen Zustand, dann im Wasser und dann im nassen Zustand außerhalb des Wassers.

Was beobachten wir?

Im trockenen Zustand kleben die Pinselhare nicht zusammen. Im Wasser fallen sie fast noch lockerer und kleben auch nicht zusammen. Wenn der Pinsel aus dem Wasser gezogen wird, dann kleben die Haare zusammen.

 

Was ist hier passiert?

Es ist nicht verwunderlich, dass nasse Haare zusammenkleben. Das ist bei unseren eigenen Haaren auch nicht anders. Aber eigentlich müssten die Pinselhaare auch im Wasser zusammenkleben, weil sie dort erst recht nass sind. Da sie das aber nicht tun, muss außerhalb des Wassers noch ein anderer Grund für das Zusammenkleben vorliegen. So ist es die Wasserhaut (sog. Oberflächenspannung), die die Pinselhaare erst zusammendrückt.

 

Ein schöne Begleiterscheinung des Experiments ist die Bildung eines Tropfens. 

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Warum macht Seife Schaum?

Wasser und Seife - in Form von Handseife oder auch Spülmittel - machen zusammen Schaum. Vom Händewaschen und wahrscheinlich aus der Badewanne kennen das alle Kinder. Es ist sehr schön, mit Kinder bewusst Schaum herzustellen und dabei, den direkten Vergleich mit reinem Wasser zu haben.

 

Was wird benötigt?

  • zwei halbe mit Wasser gefüllte Gläser
  • 2 Teelöffel
  • Spülmittel

 

Wie gehen wir vor?

Zuerst geben wir in das eine Glas ein paar Spritzer Spülmittel und vermischen Wasser und Spülmittel, indem wir mit dem Löffel umrühren. Mit dem sauberen Löffel rühren wir das Wasser im zweiten Glas auch um.

 

Was beobachten wir?

Wie erwartet entsteht beim Wasser/Spülmittel-Gemisch Schaum, der mit der Zeit langsam weniger wird.

Seifenlösung mit Schaum
Seifenlösung mit Schaum

Interessant ist, dass auch im reinen Wasserglas ein paar wenige Blasen entstehen, die jedoch schnell wieder verschwinden.

 

Was ist hier passiert?

Durch  Rühren kommt Wasser in Bewegung und Luft dringt in das Wasser ein. Luft steigt im Wasser in Form von Blasen sofort wieder auf (-> Luft sichtbar machen). Das ist bei Seifenwasser genauso wie bei reinem Wasser.

Bei reinem Wasser reißen die Luftblasen ein Loch in die Wasseroberfläche und die vom Wasser eingeschlossene Luft  entweicht. Vereinzelt schwimmen Luftblasen mit einer  Wasserhaut kurz auf der Wasseroberfläche. Da die Wasserhaut aber sehr gespannt ist (->Was ist Oberflächenspannung?), platzen sie schnell wieder und verschwinden.

 

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Wie löst sich Seife in Wasser?

Was passiert wenn wir Wasser und Seife miteinander vermischen?

Flüssige Seife wie z.B. Spülmittel vermischt sich wunderbar mit Wasser. Feste Seife löst sich in Wasser auch, wie wir beim täglichen Händewaschen immer wieder feststellen können. Beides bildet mit Wasser eine sogenannte Seifenlösung, die auch noch gerne Schaum bildet.

 

Strenggenommen löst sich Seife aber gar nicht so richtig in Wasser!

 

Seifenteilchen sind nämlich etwas Besonderes. Dafür müssen wir uns anschauen, wie Seifenteilchen aussehen:

 

Seifenteilchen mit Kopf und Schwanz
Seifenteilchen mit Kopf und Schwanz

Seifenteilchen haben - vereinfacht dargestellt - einen Kopf mit einem langen Schwanz. Während der Kopf  Wasser toll findet, mag der Schwanz Wasser gar nicht. 

Im Wasser ordnen sich Seifenteilchen deswegen so an, dass möglichst wenig Wasser an den Schwanz kommt. Das klappt am besten in Form eine Kugel. Die Köpfchen bilden sozusagen die Kugelhaut und im Kugelinnern befinden sich die Schwänzchen.  

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Grüne Linsen in Sprudelwasser

Linsen tanzen im Wasser rauf und runter
Linsen tanzen im Wasser rauf und runter

Ein ganz schönes und einfaches Experiment z. B. während des Kochens von grünen Linsen: In ein Glas mit relativ stark sprudelndem Wasser wenige grüne Linsen geben.

 

Was wird beobachtet?

Die Linsen sinken zunächst auf den Grund des Glases, dabei sprudelt das Wasser stärker auf. Das Wasser beruhigt sich schnell wieder. An den Linsen bilden sich viele kleine Gasbläschen. Die Linsen steigen nach und nach bis an die Wasseroberfläche und sinken dann wieder zu Boden. 

 

Wie war das noch mit dem Sprudelwasser?

In Sprudelwasser ist das Gas Kohlenstoffdioxid gelöst. Wie in dem Artikel "Lösen sich Gase in Wasser?" beschrieben wird, lösen sich Gase nicht so gut in Wasser bzw. entweichen auch wieder aus der Lösung. Das erkennen Kinder daran, dass aus Sprudelwasser Kohlenstoffdioxidbläschen aufsteigen. Nach einiger Zeit ist das Kohlenstoffdioxid dann sogar ganz aus dem Wasser verschwunden und das Wasser sprudelt nicht mehr.

 

Warum hat das Wasser beim Eintauchen der Linsen stärker gesprudelt?

Die Linsen fallen ins Sprudelwasser und setzen es in Bewegung. Die Bewegung fördert die Freisetzung von Kohlenstoffdioxid, es steigen kurzfristig vermehrt Kohlenstoffdioxidbläschen auf.

 

Warum bewegen sie die Linsen rauf und runter?

Kohlenstoffdioxid kann sich an den eher rauen Oberflächen von Linsen besser bilden als an der glatten Glaswand. Deswegen bilden sich an den Linsen viele dieser kleinen Kohlenstoffdioxidbläschen, die nach und nach mehr und auch größer werden. Diese Bläschen können wir uns wie einen Schwimmflügel vorstellen. Wenn sich genügend Bläschen an eine Linse angelagert haben, ziehen sie die Linse sozusagen hoch. An der Wasseroberfläche entweicht das Kohlenstoffdioxid dann in die Luft. Der Schwimmflügel ist weg, die Linse sinkt wieder zu Boden. Diese Prozess läuft so lange ab, bis ein Großteil des Kohlenstoffdioxids aus dem Wasser entwichen ist.

 

 

Meinen Kindern hat das Experiment großen Spaß gemacht. Sie haben lange und ganz ruhig die Linsen beobachtet. Später wurde noch im Glas gerührt, wurden Linsen nachgefüllt, frischer Sprudel hinzugegossen ... Es wurde nachdrücklich geforscht!

Das Experiment verbindet das Schwimmen und Sinken mit der Löslichkeit von Gasen jeweils in Bezug zu Wasser.

 


 

 

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Fröhliche Weihnachten

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Salzwasser im Luftballon

Dieses kinderleichte Experiment ist eines von mehreren, welches den Kindern deutlich macht, das Salzwasser und Süßwasser unterschiedlich schwer sind, mithin eine unterschiedliche Dichte haben.

 

Wir benötigen:

  • 2 Luftballons
  • ein mit Wasser gefülltes Becken
  • Trichter
  • Salz
  • Teelöffel
  • Schere

 

Wie gehen wir vor?

Ein Luftballon wird mit Wasser gefüllt und verknotet. In den anderen Luftballon werden mit Hilfe des Trichters zwei Teelöffel Salz gegeben. Anschließend wird er auch mit Wasser gefüllt und der Hals verknotet. Wir achten darauf, dass beide Luftballons eine ähnliche Größe erreichen und sich in beiden Luftballons keine Restmenge Luft befindet. Oberhalb des Knotens schneiden wir bei beiden Luftballons das Restgummi ab. Wir geben die Luftballons ins Wasserbecken.

 

Was beobachten wir?

Der Luftballon mit Süßwasser schwebt im Wasser. Der Luftballon mit Salzwasser sinkt auf den Grund des Beckens.

 

 

Mmh, der Luftballon mit Salzwasser sinkt auf den Grund!
Mmh, der Luftballon mit Salzwasser sinkt auf den Grund!

 

Was ist hier passiert? 

Beim mit Wasser gefüllten Luftballon sind Erdanziehungskraft und Auftrieb im Gleichgewicht: Das Gewicht der verdrängten Wassermenge entspricht dem Gewicht des mit Wasser gefüllten Luftballons.

Beim mit Salzwasser gefüllten Luftballon ist die Erdanziehungskraft größer. Salzwasser ist offensichtlich schwerer als Süßwasser. Das Salz löst sich im Wasser und macht es schwerer, indem sich viele kleine Salzteilchen in die freien Räume zwischen den Wasserteilchen drängen.

 

 

 

Tipp:

  1. Es könnte Sinn machen, die Löslichkeit von Salz in Wasser im Vorfeld zu überprüfen. Dabei werden die Kinder auch feststellen, dass noch ungelöstes Salz im Wasser nicht schwebt oder schwimmt, d. h. Salz dichter ist als Wasser.
  2. Dieses Experiment lässt sich sehr gut mit folgenden Experimenten kombinieren:

  

 

 

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Eintauchtiefe von Luftballons

Das sog. "Archimedische Prinzip" lässt sich mit Wasser, welches in Wasser eintaucht am besten erklären und ist für Kinder so unter Umständen auch einleuchtend. Dafür eignen sich Luftballons wunderbar, weil sie ein geringes Eigengewicht haben, sich nahezu in jedem Haushalt befinden und den Kindern einfach Spaß machen.

 

Wir benötigen:

  • 3 Luftballons
  • ein mit Wasser gefülltes Becken

 

Wie gehen wir vor?

Wir nehmen einen Luftballon, füllen ihn mit ein bisschen Wasser und blasen ihn noch mit Luft auf. Anschließend geben wir ihn in das Wasserbecken. Wir wiederholen die Vorgehensweise für die beiden anderen Luftballons, wobei wir bewusst unterschiedliche Mengen von Wasser und Luft verwenden.

 

Was beobachten wir?

Alle Luftballons schwimmen. Der Wasserstand in jedem Luftballon und der Wasserstand im Becken befinden sich jeweils auf einer Linie.  Der "luftige" Teil der Luftballons ragt immer aus dem Wasser heraus. Wenn man genau hinschaut, können wir erkennen, dass die Luftballons unterschiedlich tief ins Wasser sinken.

 

3 schwimmende Luftballons mit unterschiedlicher Eintauchtiefe
3 schwimmende Luftballons mit unterschiedlicher Eintauchtiefe

 

Warum ist das so?

Luft schwimmt auf Wasser. Deshalb befindet sich auch im Luftballon die Luft immer über dem Wasser, d.h. oben (vgl. "Luft sichtbar machen").

 

Es ist die leichte Luft, die die Luftballons zum Schwimmen bringt. Damit der Luftballon schwimmt, muss er ziemlich genau so viel Wasser verdrängen, wie er selber in sich hat. Denn dann hat das Gewicht der verdrängten Wassermenge das Eigengewicht des Luftballons erreicht und Auftrieb und Erdanziehungskraft sind im Gleichgewicht. Aus diesem Grund bilden der Wasserstand in den Luftballons und im Becken eine Linie.

Luftballons, die nur Wasser und keine Luft enthalten, schwimmen nicht! Sie schweben im Wasser (vgl. Experiment "Wie viel Wasser wird verdrängt?")

 

Die Eintauchtiefe der Luftballons hängt von der Wassermenge im Verhältnis zur Größe des Luftballons ab.

Je mehr Luft sich bei gleicher Wassermenge im Luftballon befindet, desto größer wird der Luftballon. Je größer der Luftballon ist, desto weniger tief sinkt er, weil er durch seine Größe auch bei geringer Eintauchtiefe die benötigte Wassermenge verdrängt.

Jetzt können wir noch den Bogen zur Dichte spannen: Der große Luftballon hat  mithin die kleinere Dichte. Das Gewicht des Luftballons verteilt sich auf wesentlich mehr Raum, vgl. "Was ist Dichte?" und "Wann schwimmt etwas?"

 

 

  

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Was ist Wind?

2 Drachen fliegen im Wind
2 Drachen fliegen im Wind

Was ist der Herbst, ohne zumindest einmal einen Drachen in den Himmel steigen zu lassen?

 

Rund um das Thema "Drachen steigen lassen" entstehen einige typische Kinderfragen, die unter anderem so lauten:

Wie entsteht Wind? Was ist Wind? Warum ist es im Herbst so windig? 

 

Diese Fragen sind sehr schwer kindgerecht zu beantworten. Aber nachfolgend möchte ich eine Hilfestellung zur Erklärung von "Wind" geben, die meinen Söhnen sehr viel Spaß und Klarheit gebracht hat.

Was ist Wind?

Die meisten Kinder begreifen relativ schnell, was Wind ist. Wind ist Luft in Bewegung, genauer Luft, die in eine Richtung strömt. Bewegte Luft spüren wir sehr deutlich. Das können Kinder testen, indem sie z. B. ihre Hand anpusten. Durch das Pusten wird der Druck auf einzelne Luftteilchen erhöht, die sich so in Bewegung setzen. Nach und nach lässt der Druck nach, die Luftteilchen werden langsamer, bis sie sich nicht mehr bewegen. Ein schönes Beispiel für Kinder ist auch ein Föhn. Ein Föhn erwärmt Luftteilchen und setzt diese warmen Luftteilchen dann in Bewegung.

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Wie viel Wasser wird verdrängt?

Wir haben uns die Frage gestellt, wie viel Wasser beim Untertauchen eigentlich verdrängt wird?

 

Das haben wir mit einem mit Wasser gefüllten Luftballon ausprobiert, der im Wasser schwebt (vgl. Experiment: "Schwimmen, Schweben, Sinken").

 

Wir benötigen:

  • mit Wasser gefülltes Wasserbecken
  • Kreppband
  • wasserfesten Stift
  • Luftballon
  • Schere
  • Trockentuch

 

Wie gehen wir vor?

Auf eine der äußeren Seiten des Wasserbeckens wird ein Streifen Kreppband geklebt. Auf diesem wird mit einem Stift der Wasserstand markiert.  Anschließend füllt ein Erwachsener  den Luftballon mit Wasser, ohne dass noch Luft im Luftballon verbleibt. Dann wird der Luftballon zugeknotet und das Restgummi oberhalb des Knotens abgeschnitten, damit das Ergebnis durch das Luftballongummi möglichst wenig beeinflusst wird. Jetzt wird der Luftballon ins Wasser gelassen.

 

Was wird beobachtet?

Wie erwartet taucht der Luftballon unter und schwebt direkt unterhalb der Wasseroberfläche. 

Beim Blick auf das Kreppband stellen die Kinder fest, dass der Wasserstand gestiegen ist. Der neue Wasserstand wird mit einem zweiten Strich markiert. Jetzt können die Kinder den Luftballon immer wieder aus dem Wasser nehmen und immer wieder erkennen wie der Wasserstand steigt und sinkt.

 

 

Der Wasserstand ist markiert
Der Wasserstand ist markiert
Der Wasserstand ist gestiegen und der neue Wasserstand ist markiert
Der Wasserstand ist gestiegen und der neue Wasserstand ist markiert
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