Das Luftmeer über - WebQuests

Das Luftmeer über
Die Gewichtskraft der über uns lastenden Luftmassen
verursacht den Luftdruck. Dieser wird mit zunehmender
Höhe geringer, weil die Luftteilchen dort weniger werden.
Herr Thalmann hat offensichtlich eine ganz besondere
Vorliebe für unglaubliche Behauptungen. «Weil
man die frei beweglichen Luftteilchen leicht zusammenpressen
kann», meint er, «könnte man die Luft dieses
Klassenzimmers ohne weiteres einpacken, aber keinesfalls
wegtragen .» Sandro ist hellhörig geworden und
verschafft sich erst einmal Luft. Er ist überzeugt davon,
dass Luft noch viel leichter als federleicht ist und ihr
Transport nur eine Kleinigkeit
ist. Die gemeinsam angestellten
Berechnungen führen aber zu
. '"' einem ganz anderen Ergebnis:
In das 10m lange, 7 m breite
u 3 m mer
passen immerhin 210m 3 Luft.
Das sind 210000 Liter. Ein Liter
Luft wiegt zwar nur schlappe
1,3 g, in der Summe sind das
aber stolze 273 kg. Etwas kleinlaut
gibt Sandro zu, dass das
eher eine Sache für Schwergewichtler sei, und Denise
erahnt nun den Grund, warum hier manchmal alles
so bedrückend ist.
Luft, die sich
selbst zusammendrückt
Die Erde ist verglichen mit ihrem Durchmesser von einer
nur hauchdünnen Lufthülle, der Atmosphäre, umgeben.
Trotzdem reicht sie in eine Höhe von mehreren hundert
Kilometern. Erst dann beginnt das luftleere Weltall. Für
uns bedeutet das, dass wir Dauertaucher sind und am
Grunde eines ziemlich hohen Luftmeeres leben. Beim
Aufpumpen eines Fahrradreifens merkt man, dass sich
Luft zusammendrücken lässt. Das ist schon ein bisschen
anstrengend, und man braucht auch ein wenig Kraft,
bis die Luftteilchen zusammengepresst und enger beieinander
sind bzw. eine grössere Dichte haben. Schliesslich
fährt man aber nur dann gut, wenn der Reifen den
richtigen Luftdruck hat. Luft hat ausserdem, wie alle anderen
Körper auch, ein Gewicht.
Auf den ersten Blick mag Luft
zwar federleicht erscheinen, aber
bei der Höhe des Luftmeeres und
in der Masse kommt da ganz
Höhe
(m)
10000
8000
4000
2000
1000
o
Luftdruck
(hPa)
264
Barometer messen den Luftdruck.

nseren Köpfen
Frei im Weltraum schwebend
müssen Astronauten ihre
«Atmosphäre» (Atemluft und
Luftdruck) mit sich tragen.
schön was zusammen. Luft presst sich
am Erdboden bzw. am Grunde des Luftmeeres
wegen des Gewichtes der darüber
liegenden Luftschichten von selbst
zusammen. Die Luftteilchen haben hier
die grösste Dichte und stehen deshalb
ganz schön unter Druck. Man sagt auch,
der Luftdruck ist an der Erdoberfläche
am grössten. Die Luftteilchen sind demnach
in der Atmosphäre nicht gleichmässig verteilt. Je
höher man über die Erdoberfläche hinauskommt, desto
" dünner» wird die Luft. Die Dichte der Luft wird mit zunehmender
Höhe immer geringer, weil die Masse der
darüber liegenden Schichten nicht mehr so schwer ist,
gleichzeitig nimmt auch der Luftdruck nach oben hin
ab. Die Luft über uns lastet auf jedem Quadratzentimeter
unserer Haut mit einem Gewicht,
das etwa einem Kilogrammstück
entspricht. Weil dieser Druck jedoch
von allen Seiten gleichmässig auf
uns einwirkt und unser Körper diesen
Aussendruck ausgleicht, spüren wir
nichts davon.
Federleicht oder luftschwer?
1. Bei der schnellen Überwindung von
grösseren Höhenunterschieden wird das
Trommelfell ganz schön verbogen. Überlege,
was mit dem Trommelfell bei Tal- bzw. Bergfahrten
geschieht.
2. Bei Bergwanderungen muss man sich
erst einmal an die dünnere Höhenluft gewöhnen.
Erkläre, warum man gerade dort bei körperlichen
Anstrengungen anfangs leicht aus
der Puste kommt.
Luftmasse und Luftmasse
Luft nimmt wie alle Stoffe einen Raum ein.
Sie hat also ein Volumen, das in Litern oder
Kubikmetern gemessen wird.
Luft hat ausserdem ein Gewicht, mit dem
sie auf der Erde lastet bzw. mit dem sie wie
alles andere auch von der Erde angezogen
wird. Ein zu Boden fallender Bleistift beweist
das ebenso wie ein reif gewordener Apfel,
der im Gras gelandet ist. Der Anziehungskraft
der Erde ist es zu verdanken, dass wir
stets Boden unter den Füssen haben, ganz
gleich, ob wir uns «oben» oder «unten» auf
der Erdkugel befinden. Die Kraft, mit der die
Erde alles an sich zieht, ist stets auf den Erdmittelpunkt
gerichtet. Man nennt sie Gewichtskraft.
Sie wird in Newton gemessen.
Ein Newton entspricht ungefähr der Kraft,
mit der eine 100 g schwere Tafel Schokolade
von der Erde angezogen wird.
Die Menge eines Stoffes, man spricht hier
auch von seiner Masse, wird schliesslich in
Gramm oder Kilogramm angegeben. Die
Masse einer Tafel Schokolade bleibt an allen
Orten gleich. Auf dem Mond zum Beispiel
hätte sie aber eine viel geringere Gewichtskraft,
weil die Anziehungskraft dieses Planeten
nur ein Sechstel so gross ist wie die der
Erde. Masse und Gewichtskraft - ein Unterschied,
auf den man beim Kauf von Äpfeln
glücklicherweise nicht zu achten braucht.
Von Luftdruck spricht man, wenn die Gewichtskraft
der Luft auf eine ganz bestimmte
Fläche wirkt. Der Druck wird in Pascal gemessen.
Wenn auf eine Fläche von einem
Quadratmeter eine Gewichtskraft von einem
Newton wirkt, beträgt der Druck genau
ein Pascal.
Der normale Luftdruck auf Meereshöhe
beträgt etwa 1 013 hPa (Hektopascal). Das
sind 101 300 Pascal oder 101 300 N pro
m 2 • Auf der Erde entsprechen 100 g ungefähr
einer Gewichtskraft von 1 N. Für
Rechenkünstler ist es nun leicht, herauszufinden,
wie viel Kilogramm pro m 2 bzw.
wie viel Gramm pro cm 2 das ausmacht.
Volumen Masse Gewicht Druck
r
Liter
Kilogramm
Newton
'-----.......
3. Bergsteiger, die extreme Höhen bewältigen,
leiden oft unter Nasenbluten. Das
ist ganz gewiss kein Zufall.
Gewichtskraft
Luftdruck = -=----,.----
Fläche
1 Pa =
1N
1m 2
Li
Pascal

Mit Luft gegen 20
Der Luftdruck erzeugt erstaunlich grosse Kräfte.
Die Wirkungen des Luftdrucks können deshalb im
Alltag auf ganz unterschiedliche Weise genutzt werden.
Ono GUERICKE (1602-1686)
hat sich nicht nur um das Amt als
Bürgermeister in Magdeburg verdient
gemacht. Viel mehr noch war
er als Forscher und Erfinder zu grosser
Berühmtheit gelangt. Oftmals
versetzte er bei aufsehenerregenden
Vorführungen das Publikum in
grosses Erstaunen . Im Jahre 1654
führte er auf dem Reichstag zu Regensburg
in Anwesenheit von Kaiser
Ferdinand, einer stattlichen Zahl von
Fürsten und vielen anderen Zuschauern
sein weithin bekannt gewordenes
und wohl überraschendstes Experiment
vor. Seine Helfer brachten
zwei grosse, aus Kupfer getriebene
Halbkugeln. Ihre Ränder waren zuvor
sorgfältig glatt geschliffen und
eingefettet worden. An einer der
Halbkugeln befand sich ein kleiner
Absaugstutzen, den man mit einem
Hahn verschliessen konnte. Vor dem
Zusammensetzen der beiden Hälften
wurde ein kräftiger Lederriemen als
Dichtung dazwischengelegt. GUE-
RICKES Helfer konnten nun mit Hilfe
einer von ihm selbst gebauten Pumpe
die Luft aus der Hohlkugel herauspumpen.
Nach etwa
einer halben Stunde
wurde der Hahn geschlossen.
Die Behauptung
GUERICKES, in der
Kugel sei nun ein
luftleerer Raum
entstanden, ein
so genanntes «Vakuum»,
war zur
damaligen Zeit etwas
Unvorstellbares. Noch
verwegener jedoch schien die zweite
Behauptung zu sein, dass die uns alle
umgebende Luft die Halbkugeln jetzt
so fest zusammenpresse, dass sie von
keiner auch nur erdenklichen Kraft
mehr getrennt werden können. Das
überstieg einfach die Vorstellungskraft
der Leute. Zwei Gespanne von
jeweils zehn Pferden legten sich
schliesslich mit voller Kraft in die
Geschirre, die Zugseile waren
zum Zerreissen gespannt und
die zunächst ungläubigen
Zuschauer hielten
vor Spannung
den Atem an . Die
Kugel hielt, trotz
der 20 Pferde.
Kaum hatte
GUERICKE den Hahn geöffnet, strömte
die Luft zischend in die Kugel, bis
diese ohne jedes Zutun polternd in
zwei Hälften zerfiel. Kaiser Ferdinand
rief den Bürgermeister zu sich und
verlieh ihm den Adelstitel. Von nun
an durfte er sich Ono VON GUERICKE
nennen. Sicherlich ist es nicht möglich,
so aufwändige Versuche durchzuführen,
wie dies Ono VON GUE-
RICKE getan hat. Auf welchem
Schulhof stehen auch schon
20 Pferde herum? Was der
Luftdruck bewirkt, kann schon
mit viel einfacheren Versuchen
sichtbar gemacht werden . Probiert
sie doch einfach mal aus.

Pferde
Luft gegen Wasser
Fülle ein kleines Glas randvoll mit
Wasser und lege ein Stückchen dünnen
Zeichenkarton darauf. Der Karton
sollte nur knapp über den Glasrand
hinausragen. Halte den Karton
fest und drehe das Glas vorsichtig
um. Nun kannst du ihn loslassen.
Wenn alles klappt, kannst du einen
Merksatz aufschreiben, der die Wirkung
des Luftdrucks noch genauer
beschreibt. Fertige zu dem Versuch
eine Skizze an und trage mit Pfeilen
ein, wie die Gewichtskraft und der
Luftdruck wirken.
Sollte der Versuch wider Erwarten
nach dem Motto «Wasser gegen
Luft» ablaufen, wird das eine ziemlich
nasse Angelegenheit. Versuche
mögliche Fehlerquellen ausfindig
zu machen und beseitige sie.
KISAM
Nur Luft - aber ganz schön stark
Du brauchst keine Pferde wie Otto von Guericke,
um zu merken, wie stark Luft ist.
Wenn der Luftdruck
schwankt
Lege in ein Einmachglas ein Dosenbarometer
und lies den Luftdruck
ab. Lass dir vom Lehrer oder von der
Lehrerin nur ganz wenige Tropfen
Brennspiritus auf die Innenseite des
Deckels träufeln. (Wichtig: Der Versuch
darf erst weitergeführt werden,
wenn die Spiritusflasche verschlossen
und beiseite gestellt wurde!) Lege auf
den Glas- oder Deckelrand ein angefeuchtets
Einmachgummi. Entzünde
nun vorsichtig den Spiritus und stülpe
den Deckel mit der brennenden
Flüssigkeit über das Glas. Drücke ihn
leicht fest. Beobachte den Zeiger
des Barometers und versuche den
Deckel des Glases anzuheben. Erkläre
das Versuchsergebnis und fertige
ein Protokoll an .
Ohne die Wirkung des Luftdrucks
wäre der Transport einer solchen
Glasscheibe ziemlich umständlich.
Hängendes Wasser
Tauche ein kurzes, nicht allzu dickes
Schlauchstück, dessen Öffnungen
sich gut mit dem Daumen verschIiessen
lassen, in ein mit Wasser gefülltes
Becken. Verschliesse nun eine
Öffnung und ziehe den Schlauch
aus dem Becken heraus. Auch bei
diesem Zaubertrick hilft der Luftdruck.
Erkläre.
Aufgaben zum
Luftdruck sind
keineswegs bedrückend
1 . Zeichne die Magdeburger
Halbkugeln im Querschnitt. Trage
mit Pfeilen die Wirkung des Luftdrucks
vor und nach dem Abpumpen
der Luft ein. Warum bloss fielen
die Kugelteile ganz von selbst
wieder auseinander?
2. Drücke einen Saugnapf,
wie man ihn zum Reinigen von Abflussrohren
verwendet, kräftig und
gleichmässig gegen eine glatte,
feuchte Fläche. Die Luft unter
dem Saugnapf wird dabei herausgepresst.
Entscheide nun,
ob dieses Gerät angesaugt oder
festgedrückt wird. Fertige eine
Zeichnung an, aus der deine
Entscheidung ersichtlich wird.
3. Luftdruck wirkt überall.
Erkläre, warum Blechdosen wie
von magischer Hand zusammengedrückt
werden, wenn aus ihnen die
Luft abgesaugt wird, und Barometer
auch als Höhenmesser funktionieren.