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Technik im Physikunterricht - Technische Universität Braunschweig

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d) Experimente zur Oberflächenspannung von Wasser Wenn kleine Gegenstände wie Tannennadeln im Wasser schwimmen, bilden sie oft ganze „Flöße“ (Abbildung 52). Gerät eine einzelne Tannenadel in die Nähe eines solchen Floßes, wird sie von dem Floß „angezogen“ und schließt sich ihm an. Auch an Blasen im Wasser kann man dieses Phänomen beobachten. Abbildung 53: Tannennadelfloß (aus Schlichting 2006) Wie Schlichting (2006) in instruktiven Freihandexperimenten zeigt, ist die Ursache für diese Erscheinung die Oberflächenspannung des Wassers. Schwimmt ein leichter Gegenstand auf der Wasseroberfläche bildet sich aufgrund der Oberflächenspannung ein konvexer oder konkaver Meniskus aus. Auch am Rand des Gefäßes entsteht ein solcher konkaver Meniskus. Im Wasser schwimmende Gegenstände mit einer kleineren Dichte als die des Wassers (z. B. Kork oder Styropor) bilden einen konkaven Meniskus, solche mit einer größeren Dichte als der des Wassers bilden einen konvexen Meniskus (Abbildung 54). Abbildung 54: Konvexer Meniskus um eine schwimmende Heftzwecke (Dichte größer als die des Wassers) (aus Schlichting 2006) 50

Vereinigen sich zwei gleichartige Menisken, wird die Gesamtoberfläche des Wassers kleiner. Weil das Wasser seine Gesamtoberfläche minimieren „will“ (reduzieren der gesamten Oberflächenspannung bzw. -energie), entsteht dadurch eine effektive Anziehung. Umgekehrt wird die Wasseroberfläche vergrößert, wenn sich zwei ungleichartige Menisken vereinigen. Auf diese Weise kommt es zu einer effektiven Abstoßung. Abbildung 55 zeigt beide Fälle. Abbildung 55: Gleichartige Menisken ziehen sich an, ungleichartige stoßen sich ab. Im Bild gezeigt sind Heftzweckenkappen (hell) und Heftzwecke (dunkel) (aus Schlichting 2006) Man kann mit einer Pinzette vorsichtig eine Heftzwecke etwas anheben und dadurch aus einem konvexen einen konkaven Meniskus erzeugen (Abbildung 56). Aus Abstoßung wird nun Anziehung. Lässt man die Heftzwecke wieder los, kehren sich die Verhältnisse wieder um und die Kappen werden heftig abgestoßen. Abbildung 56: Wenn man die Heftzwecke loslässt, werden die Kappen heftig abgestoßen (aus Schlichting 2006) 51

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