PDF, 2,54 MB - Fachhochschule Düsseldorf

FH D 

Fachhochschule Düsseldorf 

University of Applied Sciences 

Freihandversuche 

zur 

Kinderfachhochschule 

Eine Sammlung naturwissenschaftlicher Experimente 

• für Kinder zu verstehen • 

• für Kinder durchzuführen • 

Ergänzungsmaterial zum Workshop „Physik zum Fahrrad“

Freihandversuche 

zur 

Kinderfachhochschule 

Akustik 

Mechanik 

Strömungsmechanik 

Thermodynamik 

Optik 

Mathematik 

Lötanleitung 

Formelsalat 

Gesammelt von 

Frank Kameier 

Philipp Mikikis 

Stefanie Thiele 

Umut Yaya 

Eine Zusammenstellung von 

Experimenten 

Ergänzungsmaterial zum Workshop „Physik zum Fahrrad“ 

© FH Düsseldorf 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik/

Mit den Quellenangaben wurde sorgfältig verfahren. Sofern keine Quelle genannt ist, hat 

das Erstsemesterprojekt „Physik zum Fahrrad“, Fachbereich Maschinenbau und 

Verfahrenstechnik, Wintersemester 2010/11, das Experiment formuliert. 

Die Vervielfältigung der Unterlagen wurde unterstützt von 

der Stiftung Begabtenförderung Düsseldorf, 

der Landeshauptstadt Düsseldorf, Competence Center Begabtenförderung (CCB), 

sowie der Fachhochschule Düsseldorf, University of Applied Sciences 

Düsseldorf, im April 2011 

verantwortlich 

Prof. Dr.-Ing. Frank Kameier 

Fachhochschule Düsseldorf 

Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik 

Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik 

Kompetenzplattform „Sound and Vibration Engineering (SAVE)“ 

Josef-Gockeln-Str. 9 

40474 Düsseldorf 

http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 

frank.kameier@fh-duesseldorf.de 

FH Düsseldorf 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik/ 

2

Akustik - Schallwellen - Ausbreitung mit 340 m/s 

Material 

Luftballon und Mehl oder Kreidestaub, Nadel 

Durchführung 

Man füllt einen Luftballon mit Mehl und bläst ihn auf. Die Beobachter stehen mindestens 30 

m entfernt, wenn der Luftballon mit einer Nadel zum Platzen gebracht wird. 

Erklärung 

Der Schall braucht mehr Zeit, um sich auszubreiten als das Licht, daher sieht man die 

Mehlwolke bevor man das Geräusch hört. 

Die Ausbreitung in Luft erfolgt mit etwa 340 m/s Schallgeschwindigkeit. 

Licht breitet sich mit 300.000 km/s aus. 

Akustik - Schallwellen – Reflexion – Sprachrohr (Megaphon) 

Material 

Bogen Pappe 

Durchführung 

Man rollt den Bochen Pappe zu einem Trichter und spricht zu einer entfernten Person. 

Erklärung 

Im Sprachrohr wird der Schall an den Wänden reflektiert und so zur großen Öffnung 

geleitet, dass es zu einer wirkungsvollen Schallabstrahlung nach vorne kommt, die auch als 

Verstärkung wahrgenommen wird. 


3

Akustik - Schwingungen – Schallübertragung - Bechertelefon 

Material 

2 Plastikbecher Schnur (5m), mind. 2 Personen 

Durchführung 

Man bohrt in die Böden der zwei Becher kleine Löcher. Die Enden der Schnur werden 

durch diese Löcher geschoben und verknotet, sodass sie nicht durch rutschen können. 

Dann wird die Schnur straff gespannt. Die eine Person spricht in den einen Becher, die 

zweite auf der anderen Seite hält den Becher an das Ohr. 

Erklärung 

Die Schallschwingungen der menschlichen Stimme bringen auch den Boden des Bechers 

zum Schwingen. Diese Schwingung überträgt sich auf die Schnur und geht so auf den 

zweiten Becher über. Damit ist die Stimme zu hören. Dieses „Telefon“ funktioniert nur, 

wenn die Schnur gerade und straff gespannt ist. 

Gunter C. Pachatz et al, Akustikkoffer, Graz, 2005 

http://imst.uni-klu.ac.at/imst-wiki/images/8/88/62_Akustikkoffer_Pachatz.pdf 


4

Akustik - Schwingungen – Schallübertragung - Um die Ecke hören 

Material 

Eieruhr, der Akustikkoffer 

Durchführung 

Man stellt eine Eieruhr hinter den aufgestellten Koffer. Wenn der Wecker hinter dem Koffer 

abgeht, hört man das Geräusch trotzdem, obwohl es keinen direkten Kontakt gibt. 

Erklärung 

Dadurch, dass die Hindernisse in unserem Alltag im Meterbereich liegen und die 

Wellenlänge des Schalls auch, kann der Schall gebeugt werden. Somit können wir um die 

Ecke hören. 




5

Akustik - Schwingungen – Schallübertragung - Richtungshören 

Material 

Schlauch, Versuchspartner 

Durchführung 

Man hält einen Schlauch mit dem einen Ende an das eine Ohr und mit dem zweiten Ende 

an das andere Ohr. Dann klopft ein Versuchspartner mit dem Finger auf den Schlauch und 

man muss raten, aus welcher Richtung das Geräusch kommt. Idealerweise markiert man 

vorher die Mitte des Schlauches (z.B. mit einem Stück Schnur). 

Erklärung 

Man hört das Geräusch zuerst links bzw. rechts, weil der Schall weniger Weg zum 

entsprechenden Ohr zurücklegen muss. 




6

Akustik - Schwingungen – Wellenlänge - Flöte unter Wasser 

Material 

Flöte, Becher oder Weinglas, Wasser 

Durchführung 

Alle Löcher der Flöte werden mit den Fingern verschlossen. Dann wird sanft in die Flöte 

hinein geblasen, ein einfacher tiefer Ton ist zu hören. Nun atmet man tief ein und bläst in 

die Blockflöte, während man sie immer tiefer in das Wasser taucht. Wie verändert sich die 

Tonhöhe? Dann atmet man nochmals tief ein und bläst während man die Flöte wieder 

langsam aus dem Wasser zieht. Wie verändert sich nun der Ton? 

Erklärung 

Wenn man in die Blockflöte bläst, schwingt die darin befindliche Luft und erzeugt einen 

Ton. Die Höhe hängt von der Länge der Luftsäule im Inneren der Flöte ab. Wenn man 

diese nun in das Wasser eintaucht, steigt das Wasser im Inneren auf und verkürzt die 

Luftsäule. Der Ton wird damit höher. Entsprechend wird der Ton wieder tiefer, wenn sich 

die Luftsäule verlängert, weil die Flöte wieder aus dem Wasser gezogen wird. 




7

Akustik - Schwingungen – Ausbreitungsrichtung - Eieruhr–Trick 

Material 

2 Kunststofftrichter, Plastikschlauch, Eieruhr 

Durchführung 

Die Trichter werden auf die Schlauchenden gesteckt, die Uhr wird in ca. 2m Entfernung auf 

den Boden gelegt. Eine Person hält den einen Trichter über die Uhr, während die andere 

Person den anderen Trichter an das Ohr hält. Das „Tick –Tack“ der Uhr ist deutlich zu 

hören, der Schall wird durch den Schlauch weitergeleitet. 

Erklärung 

Normalerweise breiten sich Schallwellen in alle Richtungen aus, dabei gehen leise 

Geräusche schnell verloren. Wenn aber alle Schallwellen in eine bestimmte Richtung 

gelenkt werden, wie es beim Trichter und dem Schlauch der Fall ist, sind auch diese leisen 

Töne zu hören. 




8

Akustik - Geräuscherzeugung – Die Papierpistole 

Material 

1 Blatt Papier 

Durchführung 

Zuerst faltet man das Papier der Länge nach in der Mitte und öffnet es wieder. Danach 

faltet man alle 4 Ecken nach innen, sodass eine Seite davon an der ersten Falzlinie anliegt. 

Man faltet das Papier der Länge nach in der Mitte, dann in der Breite und schließlich öffnet 

man es wieder. Man faltet die am weitesten entfernte Ecke dem Mittelfalz entlang nach 

unten. Man falzt das Papier der bereits bestehenden Mittellinie entlang, aber in der anderen 

Knickrichtung. Man hält die beiden spitzen Enden zwischen 2 Fingern und bewegt die 

„Pistole“ scharf nach unten, sodass der Innenteil unter einem heftigen Knall nach außen 

schießt. 

Erklärung 

Durch den schnellen Luftzug wird das Papier nach außen gedrückt, die Schalldruckwelle 

breitet sich rasch aus und die in Schwingung versetzte Luft erzeugt ein Geräusch (Knall). 



(modifiziert Kameier 2011) 


9

Akustik - Geräuscherzeugung – Schwirrholz 

Material 

1 Holzlineal, 1 Stück Schnur 1,5m 

Durchführung 

In das Loch am einen Ende des Lineals, wird das Stück Schnur gesteckt und verknotet. 

Das freie Ende der Schnur wird festgehalten und das Holz um den Kopf gewirbelt. 

Erklärung 

Ab einer gewissen Geschwindigkeit wird das Holzstück derart angeströmt, dass sich 

periodische Wirbel ablösen und damit ein merkwürdiger dröhnender Laut erzeugt wird. 

Dieser wird umso lauter, je schneller das Holz gedreht wird, auch die Tonhöhe verändert 

sich. 

Anströmung Zylinder Wirbelstraße erzeugt 

oder Rechteckprofil Druckschwankung 

Alternativ kann man auch ein Kabel von einem elektrischen Gerät verwenden, an dem man 

nichts verändern muss und schwingt dieses rotierend durch die Luft – Vorsicht: 

Sicherheitsabstand halten. 





10

Akustik - Geräuscherzeugung – Visualisierung von Schallwellen 

Material 

5 Murmeln 

Durchführung 

Man ordnet vier Murmeln in einer Reihe an und stößt die Fünfte so an, dass sie auf das 

hintere Ende der Reihe stößt. Jede Murmel gibt den Stoß weiter. Wenn die letzte Kugel den 

Stoß erhält, rollt sie weg. 

Erklärung 

Bei einem Ton oder Geräusch stoßen winzige Luftteilchen aneinander. Die angeregten 

Teilchen geben dabei einen Teil ihres Impulses an ihre Nachbarn weiter. Auf diese Weise 

können sich Schallwellen fortpflanzen, ohne dass die Teilchen selbst über große Strecken 

bewegt werden. Sie schwingen beim Schall um ihre Ruhelage nur leicht hin und her, 

bleiben aber eigentlich an Ort und Stelle. 





11

Akustik – Schallausbreitung – Körperschall - Töne in unserem Kopf 

Material 

2 Löffel, Schnur 

Durchführung 

Die Löffel werden in der Mitte einer längeren Schnur verknüpft und leicht aneinander 

geschlagen. Man hört dabei ein helles Klingeln. Wenn nun die beiden Enden der Schnur 

fest an die Ohren gepresst und die Löffel nochmals angeschlagen werden, verändert sich 

der Klang. 

Erklärung 

Da die Schallwellen nicht den Umweg über die Luft nehmen müssen, werden sie viel lauter 

und anhaltender gehört. Die Ausbreitung über die Schnur (Körperschall) ist schneller und 

die Dämpfung ist daher geringer. 





12

Akustik – Schallausbreitung – Körperschall - Kleiderbügelglocke 

Material 

1 Kleiderbügel, 2 Stück Zwirn 

Durchführung 

Um die Enden des Kleiderbügels werden die Zwirnstücke gewickelt, die Endstücke des 

Zwirns werden um die Zeigefinger gewickelt. Mit den Zeigefingern hält man sich die Ohren 

zu. Dann schlägt man den Kleiderbügel an einen festen Gegenstand (Tisch etc.) und hört 

einen glockenähnlichen Ton. 

Erklärung 

Die Schwingungen übertragen sich vom Kleiderbügel auf den Zwirn, weiter auf die Knochen 

der Finger, den Schädelknochen und von dort auf das Innenohr – ein glockenähnlicher Ton 

ist zu hören. Der Grund dafür ist, dass sich der Schall in festen Materialien wesentlich 

schneller ausbreitet als in Luft. (Vergleiche auch Versuch „Töne in unserem Kopf“). 




13

Akustik – Schallerzeugung – das Trinkhalm–Rohrblatt 

Material 

1 Strohhalm 

Durchführung & Erklärung (1) 

Ein Ende des Halmes wird abgeflacht und die beiden Ecken werden abgeschnitten. Wenn 

man nun das abgeschnittene Ende zwischen die Lippen hält und leicht bläst, bringt die Luft 

die „Zungen“ des Strohhalms zum Schwingen. Diese Schwingung setzt sich durch den 

Halm fort und erzeugt einen Ton. Dieser verändert sich mit der Länge des Halms. 

Durchführung & Erklärung (2) 

In der Mitte des Strohhalms wird ein Einschnitt gemacht. Damit kann der Halm auf und 

nieder gebogen werden. Somit verändern sich die Länge der Luftsäule und die Tonhöhe. 




14

Akustik – Schallerzeugung – Gartenschlauchposaune 

Material 

Schlauch 

Durchführung 

Man spitzt die Lippen und bringt sie nahe am Schlauchende zum Vibrieren. Die Luft wird 

durch den Schlauch geblasen, es entstehen Schwingungen und nicht sehr „musikalische“ 

Töne, deren Höhe sich ändert, wenn man die Lippen mehr oder weniger fest 

zusammenpresst. 

Erklärung 

Die durch das Blasen in Schwingung versetzte Luft verursacht verschiede Töne. 




15

Akustik – Schallerzeugung – Was ist in der Schachtel? 

Material 

mehrere kleine Filmdosen, Reiskörner, Knöpfe, Murmeln etc. 

Durchführung 

Jeweils eine Gruppe von Gegenständen wird in eine Dose gegeben und diese dann 

verschlossen. Man schüttelt die Schachteln und soll dann den Inhalt der Schachteln 

erraten. 

Erklärung 

Jedes Material verursacht ein anderes Geräusch in der Dose (wegen unterschiedlicher 

Masse, Dichte, Oberfläche, etc.) 




16

Akustik – Schallerzeugung – Plastikflaschenmusik 

Material 

1 Plastikflasche (0,5l) 

Durchführung 

Man befüllt eine Plastikflasche mit Wasser (ca. halb voll). Dann bläst man in die Flasche, 

sodass ein Ton entsteht. Leert man dann etwas Wasser aus, und bläst wiederum in die 

Flasche, ergibt sich ein anderer Ton. 

Erklärung 

An der Flaschenöffnung bilden sich beim Überblasen Wirbel (breitbandiges Rauschen), ein 

Teil dieses Geräusch wird durch das Resonanzvolumen (Luft in der Flasche) verstärkt. 

Ändert man die Füllmenge in der Flasche, so ändert sich das Volumen des Resonators 

(Helmholtz-Resonator). 

Helmholtz-Resonator 

f 

� 

a 

2� 

V 

�r 

2 

�l��r/ 2� 

c Anström. 

c Anström. 

tiefe Frequenz 

hohe Frequenz 





17

Akustik – Schwingungen – Visualisierung - Tanzende Reiskörner 

Material 

Reiskörner, Tamburin 

Durchführung 

Variante 1: 

Man legt ein paar Reiskörner auf die Tamburinbespannung und schlägt das Tamburin leicht 

an. 

Variante 2: 

Man richtet den Gartenschlauch auf die Membran (das Trommelfell). Ein Versuchspartner 

bläst in das andere Schlauchende und versucht die Luftsäule so zum Schwingen 

anzuregen, dass die Reiskörner auf der Membran springen. 

Erklärung 

Die Schwingungen des Trommelfells bewirken, dass die Reiskörner „zu tanzen“ beginnen. 

Wenn die Eigenfrequenz der Reiskörner durch die Tamburinschwingungen getroffen wird, 

kommt es zur Maximierung der Schwingungsamplitude – man spricht von Resonanz. 




18

Akustik – Schallausbreitung – Gehörtest (1) 

Material 

1 Reiskorn, 1 Lineal, Versuchspartner, ruhige Umgebung 

Durchführung 

Man stellt sich mit dem Rücken zum Tisch, der Versuchspartner lässt das Reiskorn immer 

aus einer Höhe von ca. 10cm auf den Tisch fallen (mit Lineal überprüfen). Man gibt 

Bescheid, wenn man das Reiskorn auf den Tisch fallen gehört hat. Dann entfernt man sich 

2m und der Partner lässt das Reiskorn wieder fallen. Das wiederholt man so lange, bis man 

das Reiskorn nicht mehr hört. Wechselt man sich ab, wird man eine unterschiedliche 

Empfindlichkeit des Gehörs feststellen. 

Erklärung 

Die Ausbreitung des Schalls bzw. das „Hörerlebnis“ genügt dem quadratischen 

Zusammenhang von Fläche und Radius einer Kugel, da sich Schall normalerweise auf 

Kugeloberflächen ausbreitet. Bei doppelter Entfernung ist nur noch ein Viertel der 

Schallintensität vorhanden. 





19

Akustik – Schallausbreitung – Gehörtest (2) 

Material 

1 Stimmgabel 

Durchführung & Erklärung 

Setzt man den Griff einer schwingenden Stimmgabel auf die Mitte des Kopfes, lokalisiert 

ein Mensch mit einseitiger Luftleitungsschwerhörigkeit (z.B. durch eine 

Mittelohrerkrankung) die Stimmgabel zur kranken Seite hin. Man kann dies als Gesunder 

simulieren, indem man ein Ohr zuhält und den Versuch durchführt. Bei Innenohrschwerhörigkeit 

wird der Ton zur gesunden Seite hin lokalisiert, weil das kranke Ohr den 

Ton leiser hört. 




20

Akustik – Schwingungen – Visualisierung 

Material 

1 Weinglas, Zwirn, 1 Knopf, Schlagzeugstick 

Durchführung 

Den Knopf mit dem Zwirn so an den Stiel des Glases binden, dass er am Rand des Glases 

hängt. Mit den Fingerspitzen der einen Hand das Glas am Boden halten und mit einem 

Schlagzeugstick an die äußere Wand des Glases schlagen, so dass es einen Ton von sich 

gibt. Solange der Ton anhält, wird der Knopf an der Glaswand herumspringen. 

Erklärung 

Die Schwingungen des Glases werden auf den Knopf übertragen. 




21

Akustik – Schallausbreitung – Schwingende Gläserresonanz 

Material 

2 Weingläser, 1 Stück Draht, Wasser 

Durchführung 

Die beiden Weingläser werden auf genau die gleiche Höhe zu ¾ mit Wasser gefüllt und in 

geringem Abstand zueinander aufgestellt. Auf das eine Glas wird das Drahtstück gelegt. 

Das Glas ohne Draht wird mit einem feuchten Finger in Schwingung versetzt. Der Draht auf 

dem anderen Glas beginnt zu vibrieren. 

Erklärung 

Durch die Schallwellen der Luft werden die Schwingungen des ersten Glases auf das 

zweite übertragen. 




22

Akustik – Schallausbreitung – Stimmgabelversuch 

Material 

Stimmgabel, 1 Glas Wasser 

Durchführung 

Auch die Schwingungen einer Stimmgabel kann man sichtbar machen, zum Beispiel mit 

einem Glas Wasser. Man hält die angeschlagene Stimmgabel mit den Fingern fest und 

nähert sie dem Wasser. Die Schwingungen pflanzen sich auch auf der Wasseroberfläche 

fort. Wenn man die Stimmgabel eintaucht, spritzt das Wasser richtig auf. 

Erklärung 

Das Wasser wird von den Schwingungen der Stimmgabel bewegt. 




23

Akustik – Schallerzeugung – Linealmusik 

Material 

1 Plastiklineal 

Durchführung 

Man legt das Lineal auf einen Tisch und hält es dabei so fest, dass es zur Hälfte über die 

Tischkante hinausreicht. Nun lässt man das freie Ende des Lineals schwingen, indem man 

es anschlägt. Dann verschiebt man es zur Tischmitte hin, sodass nur noch ein kurzes Stück 

über die Tischkante hinausragt. Dann wird es wieder angeschlagen. Dasselbe macht man, 

wenn ¾ des Lineals über die Tischkante reichen. 

Erklärung 

Durch das Anschlagen versetzt man das Lineal in Schwingung, die schwingende Luft und 

das aufprallende Lineal auf dem Tisch, lassen „Musik“ ertönen. Je kürzer das frei 

bewegliche Linealstück ist, desto höher ist der erzeugt Ton. 




24

Akustik – Schallerzeugung – Gläserxylophon 

Material 

2 Weingläser, Wasser, 1 Löffel 

Durchführung 

Zwei Gläser werden unterschiedlich hoch mit Wasser gefüllt. (Wenn mehr Gläser zur 

Verfügung stehen, kann eines der Gläser leer bleiben). Nun schlägt man mit einem Löffel 

sachte an die Seite der Gläser. Wenn das Glas angeschlagen wird, wird dabei das darin 

befindliche Wasser in Schwingung versetzt. Je mehr Wasser vorhanden ist, desto tiefer ist 

der Ton. 

Erklärung 

Durch die verschieden hohen Wasserstände hat jedes Glas seine eigene Tonhöhe. 

Dadurch lassen sich sogar Melodien spielen. Mehr Wassermasse bedeutet niedrigere 

Schwingungsfrequenzen und damit tiefere Töne. 




25

Akustik – Schallerzeugung – singendes Weinglas 

Material 

1 Weinglas, Wasser 

Durchführung 

In ein Weinglas wird ca. 1cm Wasser eingefüllt, den Fuß des Glases hält man mit der einen 

Hand, mit dem befeuchteten Zeigefinger der anderen Hand streicht man vorsichtig über 

den Rand des Glases. Durch stärkeres oder schwächeres Aufdrücken kann man das Glas 

irgendwann zum „Singen“ bringen – ein klarer Ton ist zu hören. Durch verschiedene 

Wassermengen lässt sich die Tonhöhe im Glas variieren. 

Erklärung 

Durch die verschieden hohen Wasserstände hat jedes Glas seine eigene Tonhöhe. Dies 

wird durch Resonanz erreicht (man „erwischt“ durch die Handbewegung die Eigenfrequenz 

des Glases). 




26

Akustik – Strömungsgeräusche 

Material 

1 Schnecke, alternativ funktioniert auch eine Tasse, das zweite Ohr muss man sich dann 

aber zuhalten 

Durchführung 

Man hält sich die Schnecke ans Ohr und hört das Meer bzw. sein Blut rauschen. 

Erklärung 

Durch die besonders gute Schallübertragung im Körper ist das Rauschen des Blutes zu 

hören. 





27

Akustik – Schallerzeugung – Stimmgabelresonanz 

Material 

Zwei Stimmgabeln und eine Kachel 

Durchführung 

Wir bringen zwei gleiche Stimmgabeln zum Schwingen. Eine davon setzen wir auf eine 

Kachel. 

Erklärung 

Durch die Resonanz hören wir den Ton der Stimmgabel relativ laut, weil die Kachel 

mitschwingt. 




28

Akustik – Schallerzeugung – Körperschall 

Material 

Stimmgabel 

Durchführung 

Variante 1 

Man nimmt die Stimmgabel, schlägt sie an und hält sie gegen das Ellbogengelenk, wobei 

die Hand ein Ohr berührt. Der Klang der Stimmgabel ist deutlich zu hören. 

Variante 2 

Man hält die schwingende Stimmgabel gegen die Ferse und hält sein Knie gegen das Ohr 

(siehe Foto). Der Klang der Stimmgabel ist deutlich zu hören. 

Erklärung 

Der Klang der Stimmgabel wird über den Körper (Knochen) sehr gut zum Ohr übertragen, 

die Schallgeschwindigkeit in den Knochen ist deutlich höher als in Luft. 




29

Akustik – Leistung der Ohrmuschel 

Material 

Reis, zwei Pappstreifen 

Durchführung 

Streue einige Reiskörner auf den Tisch und versuche diese mit einer rechteckigen 

Pappröhre zusammen zu schieben („einzufangen“). Streue erneut einige Reiskörner auf 

den Tisch und schiebe die Körner mit einem Pappstreifentrichter zusammen („fange die 

Körner“). 

Quelle: Marianne Kelnberger, Rund ums Ohr, pb verlag Puchheim, 2006 

Erklärung 

Schall muss gebündelt oder „eingefangen“ werden. Mit einer großen Eintrittsfläche lassen 

sich die Schallwellen besser „einfangen“. Gebündelt treten die Schallwellen ins Innenohr 

ein. 


30

Akustik – Schwingungen spüren 


Material 

Kamm, Papier (Seidenpapier oder Butterbrotpapier) 

Durchführung 

Falte ein Stück Papier über die Zähne eines Kamms. Halt dann deine Lippen gegen die so 

verdeckten Zähne des Kamms. Summe nun einen Ton, pass aber auf, dass das Papier 

nicht feucht wird. Was spürst du? Kannst du das erklären? 

Erklärung 

Man spürt ein Kribbeln an den Lippen. Durch das Summen, also durch strömende Luft, 

werden das Papier und die Zähne des Kamms in Schwingungen versetzt. Mit dem Kamm 

lassen sich so auch Töne erzeugen. 


31

Akustik – Schwingungen visualisieren 


Material 

Stuhl, Springseil 

Durchführung 

Befestige das Seil an der Rückenlehne eines Stuhls. Gehe mit dem anderen Ende des 

Seils etwas zurück, halte es fest und schwinge das Seil auf und ab. Wie nennt man die 

Schwingungsform? 

Erklärung 

Man sieht die Seilwellen als „Sinus-Wellen“ (periodische, gleichmäßig wiederkehrende 

Form) entlang des Seiles wandern. Bei Schallwellen schwingen Luftteilchen hin und her. 


32

Mechanik – Punktmechanik, freier Fall von Kartonkarten 

Material 

2 Kartonkarten DIN A5 (Ansichtskarten) 

Durchführung 

Zwei Karten werden gleichzeitig, aus gleicher Höhe losgelassen, während die eine 

horizontal zum Boden, die andere vertikal zum Boden gehalten wird. 

Beobachtung 

Die horizontal zum Boden gehaltene Karte braucht länger als die senkrechte. 

Bemerkung 

Den Einfluss des Luftwiderstandes kann man noch deutlicher zeigen, indem man die 

beiden Karten präpariert. Man klebt eine Münze in die Mitte der ersten Karte und eine 

Münze in die Nähe der kürzeren Kante der zweiten Karte. 

Anke Verena Gradwohl, Physikalische Freihandexperimente zur Punktmechanik, 

Diplomarbeit an der Naturwissenschaftlichen Fakultät, Karl-Franzens-Universität Graz, Ao. 

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Gernot Pottlacher, Institut für Experimentalphysik, Karl-Franzens- 

Universität Graz, 2005. 

http://portal.tugraz.at/portal/page/portal/Files/i5110/files/Forschung/Thermophysik/DA-Anke_Gradwohl.pdf 


33

Mechanik - Messung der menschlichen Reaktionszeit 

Material 

Langes Lineal, Maßstab, Versuchsperson 

Durchführung 

Die Versuchsperson hält eine Hand nach vorne. Nun wird das Lineal so gehalten, dass die 

Nullmarkierung mit dem Zwischenraum Daumen – Zeigefinger abschließt. Jetzt lässt man 

das Lineal plötzlich los. Man liest die Fallhöhe (die zurückgelegte Strecke) am Lineal ab, 

trägt das Ergebnis in eine Tabelle ein und bestimmt daraus die Reaktionszeit. 

Beobachtung 

Das Lineal fällt nach unten, der Versuchsperson gelingt es erst nach ungefähr 20 bis 30 cm 

das Lineal zu fassen. Die Zeit, die dabei vergeht, wird Reaktionszeit genannt. 

(Reaktionszeiten können in der Tabelle abgelesen werden.) 

Erklärung 

Im freien Fall bewegt sich das Lineal mit einer konstanten Beschleunigung, die der 

Erdbeschleunigung entspricht. Aus dem Weg-Zeitgesetz s=1/2 g * t² kann man nach t 

aufgelöst die Reaktionszeit berechnen. Dabei verwenden wir für g = 9,81 ms -2 

Weg [cm] 8 9 10 11 12 13 14 

Zeit [sec.] 0,128 0,135 0,143 0,150 0,156 0,163 0,169 

Weg [cm] 15 16 17 18 19 20 21 

Zeit [sec.] 0,175 0,181 0,186 0,192 0,197 0,202 0,207 

Weg [cm] 22 23 24 25 26 27 28 

Zeit [sec.] 0,212 0,217 0,221 0,226 0,230 0,235 0,239 

Weg [cm] 29 30 31 32 33 34 35 

Zeit [sec.] 0,243 0,247 0,251 0,255 0,259 0,263 0,267 

Bemerkung 

Dieses Experiment würde sich hervorragend als Einstiegsexperiment eignen, da es 

Wettbewerbscharakter hat: Wer hat die kürzeste Reaktionszeit? Spielregeln sollten aber 

vorher festgesetzt werden, um eventuelle Streitigkeiten zu verhindern. Eine Möglichkeit 

wäre auch anstatt des Lineals einen Geldschein zu nehmen mit der Behauptung, dass ein 

Fangen des Geldscheins, wenn der Versuchsaufbau der gleiche bleibt und die 

Versuchsperson den Daumen in der Mitte positioniert, unmöglich ist. Weiters sollten 

SchülerInnen darauf hingewiesen werden, dass sich die Reaktionszeit im Straßenverkehr 

auf Grund der äußeren Einflüsse, wie verschiedene Medikamente, Drogen und Alkohol 

verlängert. 

Anke Verena Gradwohl, Physikalische Freihandexperimente zur Punktmechanik, Diplomarbeit an der Naturwissenschaftlichen Fakultät, 

Karl-Franzens-Universität Graz, Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Gernot Pottlacher, Institut für Experimentalphysik, Karl-Franzens-Universität 

Graz, 2005. 



34

Mechanik- Vergleich: waagrechter Wurf – waagrechte gleichförmige Bewegung 

Material 

2 gleiche Kugeln, Brett, Tisch, Wand 

Durchführung 

Beide Kugeln werden gleichzeitig in Bewegung gesetzt. Kugel K1 beschreibt eine 

waagrechte gleichförmige Bewegung, Kugel K2 führt eine waagrechte Wurfbewegung aus. 

Beobachtung 

Beide Kugeln treffen gleichzeitig auf die Wand. 

Erklärung 

Beide Kugeln haben wieder dieselbe Anfangsgeschwindigkeit in horizontaler Richtung. 

Nach dem Satz der Unabhängigkeit der Bewegungen beeinflusst die vertikale Komponente 

der Bewegung von Kugel K2 die horizontale nicht. 

Bemerkung 

Die beiden vorangegangenen Versuche sollen die Unabhängigkeit der Bewegungen 

verdeutlichen. Da die theoretische Betrachtung vielen SchülernInnen Schwierigkeiten 

bereitet, sind diese einfachen Versuche ideal zum besseren Verständnis geeignet. 







35

Mechanik - Haft- und Gleitreibung 

Material 

Tisch, Schwerer Gegenstand, Seife 

Durchführung 

Der schwere Gegenstand wird auf den Tisch gestellt und wie im Bild hochgehoben. Der 

Versuch wird wiederholt, jetzt jedoch mit eingeseiften Händen. 

Beobachtung 

Der Gegenstand lässt sich mit eingeseiften Händen nicht wie vorgegeben hochheben. 

Erklärung 

Hebt man den Gegenstand mit „trockenen“ Händen hoch, bleibt dieser an den Händen 

haften. Die Seife bildet jedoch eine Gleitschicht, deshalb kann der Gegenstand auf diese 

Weise nicht gehoben werden. Er rutscht durch. 







36

Mechanik - der fliegende Tischtennisball 

Material 

Tischtennisball, Pappbecher, Wasser 

Durchführung 

Der Becher wird zu 2/3 mit Wasser gefüllt. Den Tischtennisball legt man ins Wasser. Nun 

lässt man den Becher samt Inhalt fallen. 

Beobachtung 

Während des Falles bleibt der Tischtennisball im Wasser. Trifft der Becher am Boden auf, 

wird der Ball aus dem Becher geschleudert. 

Erklärung 

Der Ball fällt im Windschatten des Bechers. Becher, Wasser und Ball werden gleich stark 

von der Erde angezogen. Wenn der Becher auf den Boden trifft, wird sein Inhalt stark 

verzögert. Das Wasser bewegt sich und der Impuls schleudert den Tischtennisball aus dem 

Becher. 








37

Mechanik - das Loch in der Flasche 

Material 

Petflasche, Wasser, Bohrer 

Durchführung 

Die Petflasche wird mit Wasser befüllt. Nun bohrt man ein Loch ins untere Drittel der 

Flasche. Die Flasche wird möglichst hoch gehalten und fallen gelassen. 

Beobachtung 

Während des Falls spritzt kein Wasser aus dem Loch in der Flasche. 

Erklärung 

Da frei fallende Körper schwerelos sind, wirkt auch auf Wasser keine Gewichtskraft. 

Befindet sich die Flasche jedoch in Ruhe, wird aufgrund des Eigengewichts das Wasser 

aus der Flasche gedrückt. 







38

Mechanik - Vollbremsung 

Material 

Streichholzschachtel, Blatt Papier 

Durchführung 

Die Streichholzschachtel wird mit der Öffnung nach unten auf ein Blatt Papier gestellt. Das 

Papier zieht man schnell an der Schmalseite über den Tisch und hält es dann ruckartig, 

aber ohne Gegenbewegung an. 

Beobachtung 

Die Streichholzschachtel fällt in Bewegungsrichtung um. 

Erklärung 

Die Eigenschaft eines Körpers, auf den keine äußeren Kräfte wirken, in seinem 

Bewegungszustand zu verharren, nennt man Trägheit. Da die für die Änderung des 

Bewegungszustandes nötige Kraft proportional zur Masse des Körpers ist, kann man die 

Masse als Grund für die Trägheit ansehen. 

Bemerkung 

Denselben Effekt kann man beim Straßenbahn- oder Zugfahren erleben. Steht man, wenn 

losgefahren wird, muss man sich festhalten, um nicht nach hinten zu fallen. Umgekehrt gilt, 

dass wir beim plötzlichen Bremsen nach vorne kippen, da unser Körper seine Bewegung 

beibehalten will. Für das Auto- und Busfahren gilt natürlich das Gleiche. 







39

Mechanik - Zentripetalkraft – Zentrifugalkraft 

Material 

Schnur, Gewichtstück 

Durchführung 

Das Gewichtstück wird an einem Ende der Schnur befestigt. Das andere Ende wird nun 

festgehalten und das Gewichtstück wird auf einer Kreisbahn gleichmäßig bewegt. 

Beobachtung 

Wird das Ende der Schnur plötzlich losgelassen, fliegt das Gewichtstück tangential weg. 

Achtung!! 

Erklärung 

Die Bewegung eines Massenpunktes auf einem Kreis mit konstanter Bahngeschwindigkeit 

kann betrachtet werden als Bahnbewegung mit konstanter Geschwindigkeit v=const., die 

jedoch ständig ihre Richtung ändert; oder als Gleichförmige Bewegung um einen 

Mittelpunkt mit konstanter Winkelgeschwindigkeit �. Sei r der Radius des Kreises, dann gilt 

die Beziehung v=� r . Nun bewegt man das Gewichtstück wie oben angegeben. Nach dem 

Newtonschen Trägheitsprinzip sollte das Gewichtstück stets in Tangentialrichtung 

davonfliegen; die Zugkraft des Fadens zwingt es aber auf die Kreisbahn. Dadurch kommt 

es zur ständigen Änderung der Richtung der Geschwindigkeit. Die zum Mittelpunkt 

gerichtete Kraft nennt man Zentripetalkraft. Solange auf einen rotierenden Körper eine 

Zentripetalkraft wirkt, äußert sich seine Trägheit in Form einer vom Zentrum aus radial nach 

außen wirkenden Kraft, der Zentrifugalkraft (Fliehkraft). Die Fliehkraft ist eine passive Kraft, 

die keine Bewegung erzeugen, jedoch eine Bewegung verhindern kann. Gibt es keine 

Zentripetalkraft mehr, das heißt, wird der Faden losgelassen oder reißt die Schnur, so 

existiert nach dem Newtonschen Axiom actio = reactio auch keine Zentrifugalkraft mehr. 

Die Richtung der Geschwindigkeit wird nicht mehr verändert. Das Gewichtstück fliegt 

tangential davon. 

Bemerkung 

Denselben Effekt kann man bei Verwendung eines Winkelschleifers (Flex) beobachten. Die 

glühenden Teilchen fliegen vom Auflagepunkt des Metalls an der Trennscheibe ebenfalls 

tangential weg. 

Anke Verena Gradwohl, Physikalische Freihandexperimente zur Punktmechanik, Diplomarbeit an der 

Naturwissenschaftlichen Fakultät, Karl-Franzens-Universität Graz, Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Gernot 

Pottlacher, Institut für Experimentalphysik, Karl-Franzens-Universität Graz, 2005. 



40

Mechanik - Eimerschleudern 

Material 

Eimer, Wasser 

Durchführung 

Der Eimer wird mit Wasser gefüllt. Nun nimmt man den Eimer am Henkel und kreist damit 

schnell die Arme. Die Öffnung des Eimers soll dabei immer in die Mitte zeigen. 

Beobachtung 

Kreist man die Arme schnell genug, bleibt das Wasser im Eimer. 

Erklärung 

Die Wasserteilchen werden aufgrund der wirkenden Zentrifugalkraft in den Eimer gedrückt. 

Variante 

Mit etwas Übung ist es auch möglich ein volles Trinkglas herumzudrehen. Dabei ist jedoch 

zu beachten, dass man das Handgelenk ebenfalls drehen muss. 

Bemerkung 

Derselbe Effekt wird auch bei diversen Geräten in Vergnügungsparks angewendet. So 

kann man in schnell rotierenden Ringelspielen fast senkrecht zum Boden fahren, ohne sich 

angurten zu müssen. 







41

Mechanik - Kräfte bei der Drehbewegung 

Material 

Drehschemel oder Plattenspieler, Glas, Kerze, Feuerzeug, Klebestreifen 

Durchführung 

Die Kerze wird mit einem Tropfen Wachs im Glas befestigt. Anschließend klebt man das 

Glas mit Hilfe des Klebestreifens auf den äußeren Rand des Drehschemels und lässt 

diesen rotieren. 

Beobachtung 

Die Flamme neigt sich nach innen, wird aber leicht abgelenkt. 

Erklärung 

Da kalte Luft spezifisch schwerer ist als warme Luft, wird diese durch die Rotation nach 

außen gedrängt. Die Flamme neigt sich nach innen, weicht jedoch infolge der auftretenden 

Corioliskräfte von der radialen Richtung ab. 







42

Mechanik - Flaschenzug mit Besenstielen 

Material 

2 Besenstiele oder Stativstangen; stabiles, gut gleitendes Seil (Länge: mindestens 4 m) 

Durchführung 

Man bittet zwei SchülerInnen den Besen wie in der Abbildung zu halten. Der Abstand 

zwischen den Besenstielen sollte mindestens ein halber Meter sein. An einem der beiden 

Besenstiele wird das Seil festgeknotet und nach der Abbildung um die Besen gewickelt. 

Nun zieht ein Dritter am freien Ende des Seils, die beiden anderen versuchen mit aller Kraft 

ein Zusammengehen der Besen zu verhindern. 

Beobachtung 

Den beiden wird es trotz Einsatzes ihrer ganzen Kraft kaum gelingen die Besen auf Distanz 

zu halten. Je öfter das Seil um die Besenstiele gewickelt wird, umso weniger Kraft muss die 

am Seil ziehende Person aufwenden. 







43

Mechanik - das Münzenkatapult 

Material 

Holzleiste/ Lineal,Stift, 2 gleiche Münzen 

Durchführung 

Eine etwa 30 cm lange Holzleiste wird quer auf einen Stift gelegt, sodass auf einer Seite 

des Stiftes ca. 10 cm der Leiste überstehen. Auf die andere Seite legt man in 10 cm und 

20 cm Abstand vom Stift je ein Geldstück auf die Leiste. Nun schlägt man mit der Hand 

kräftig auf das kurze Ende der Leiste. 

Beobachtung 

Die beiden Geldstücke werden in die Luft geschleudert. Die Münze, die 20 cm vom Stift 

entfernt war, fliegt dabei ungefähr viermal so hoch wie die andere. 

Erklärung 

Die beiden Münzen verlassen die Leiste in dem Augenblick, in dem die Leiste auf der 

anderen Seite des Stiftes die Unterlage berührt. Die Zeitdauer der Beschleunigung ist 

daher für beide Münzen gleich lang. In dieser Zeit legt die Münze, die doppelt so weit vom 

Stift entfernt ist, eine doppelt so lange Wegstrecke zurück, als das näher gelegene 

Geldstück. Dadurch besitzt die weiter entfernte Münze beim Verlassen der Holzleiste eine 

doppelt so hohe Geschwindigkeit. Die kinetische Energie, die eine Münze beim Verlassen 

der Holzleiste besitzt, wird dabei in potentielle Energie umgewandelt. 

Bemerkung 

Mit Hilfe dieses Versuchs lässt sich die Proportionalität zwischen kinetischer Energie und 

dem Quadrat der Geschwindigkeit demonstrieren. 







44

Mechanik - Streichholzschachtel und Schlüsselbund 

Material 

Ein leichter und ein schwerer Gegenstand (z.B. eine Streichholzschachtel und ein 

Schlüsselbund), ein Stab (z.B. ein langer Stift, ein Rohr, ein Kochlöffel etc.), Faden von ca. 

1 m Länge 

Durchführung 

Als Erstes bindet man die beiden Gegenstände an den Enden des Fadens gut fest. Dann 

hält man die Stange in Augenhöhe waagrecht vor sich und legt den Faden darüber. Dabei 

hält man den leichteren Gegenstand mit der zweiten Hand fest und zieht den schwereren 

Gegenstand bis knapp unter den Stab hoch. Der leichte Gegenstand sollte ganz flach 

gehalten werden, so wie man es auf dem Bild sieht. Dabei muss man allerdings darauf 

achten, dass besonders leichte Gegenstände nie über den Stab gehalten werden sollten. 

Nun lässt man den leichteren Gegenstand einfach los und schaut was passiert. 

Beobachtung 

Viele würden meinen, dass der schwere Gegenstand nach unten fällt und auch den leichten 

mitzieht und beide auf den Boden knallen. Der schwere Gegenstand fällt zwar zu Boden, 

aber der leichtere wickelt den Faden um den Stab und das Ganze kommt zum Stehen. 

Erklärung 

Der leichte Gegenstand funktioniert vorerst wie ein Pendel. Wäre der Faden einfach am 

Stab befestigt, würde der Gegenstand einfach hin und her schwingen, dabei würde er 

annähernd dieselbe Höhe wieder erreichen. Die Geschwindigkeit, mit der er schwingt, 

hängt jedoch von der Länge des Fadens ab. Die Länge wird jedoch durch den Fall des 

schweren Gegenstands verkürzt, sodass die Zündholzschachtel schneller zu schwingen 

beginnt. Das heißt, der Faden, an dem der leichte Gegenstand pendelt, wird immer kürzer 

und in der Folge auch immer schneller. Deshalb gewinnt er ebenfalls an Höhe. Er fliegt 

über den Stab hinüber bis auf die andere Seite, wo er nun wieder Schwung holt und wieder 

schwingt. Der Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Kraft mit der der schwerere Körper 

am Faden zieht nicht mehr ausreicht, um den anderen Gegenstand weiter zu ziehen. 






45

Mechanik – Impulserhaltung 

Material 

Spielzeugauto mit aufziehbarem Federantrieb, Brett, runde Gegenstände mit gleichem 

Durchmesser 

Durchführung 

Die Stifte werden so am Tisch verteilt, dass das Brett darauf eine gewisse Strecke rollen 

kann. Danach legt man das Brett auf die Stifte und setzt das aufgezogene Auto auf das 

Brett. 

Beobachtung 

Das Auto und das Brett bewegen sich in entgegen gesetzten Richtungen. 







46

Mechanik - die Kartoffelschleuder 

Material 

Holzbrett (ca. 10x10 cm), Gummiring, Kartoffel, Nägel, runde Gegenstände mit gleichem 

Durchmesser (Stifte), Hammer, Zwirn, Feuerzeug 

Durchführung 

Mit dem Hammer werden drei Nägel in das Brett geschlagen, sodass sie die Form eines 

“Vs“ bilden. Über die beiden vorderen Nägel wird nun ein Gummiring gespannt. Nun zieht 

man den Gummiring in die Richtung des hinteren Nagels und befestigt ihn mit Hilfe eines 

Zwirns am Nagel. Der Gummiring sollte dabei gut gespannt sein. Die runden Stifte legt man 

im Abstand einiger Millimeter auf den Tisch und gibt das Holzbrett drauf. In das vom 

Gummiring gebildete Dreieck legt man nun die Kartoffel. Der Zwirn wird mit dem Feuerzeug 

durchgebrannt. 

Beobachtung 

Die Kartoffel wird nach vorne geschleudert, während das Brett nach hinten rollt. 

Erklärung 

Alle Kräfte treten paarweise auf, es gilt actio = reactio. Die Kräfte sind gleich groß aber 

entgegengesetzt gerichtet. Ähnlich wie bei einem Boot erfährt das Brett einen Rückstoß. Da 

es sich um ein abgeschlossenes System handelt, gilt hier die Impulserhaltung. Die Kartoffel 

erfährt einen Impuls nach vorne. Um den Impuls des Systems konstant zu halten weicht 

das Brett nach hinten aus. 

Bemerkung 

Die Kartoffel hält besser in der Schleuder, wenn man vorher mit einem Messer einige 

Kerben in die Kartoffel schnitzt. 






47

Mechanik – Hupfbälle 

Material 

zwei verschieden schwere Bälle 

Durchführung 

Zwei verschieden schwere Bälle werden so aufeinander gelegt, dass der Leichtere 

oberhalb des Schwereren und die beiden Schwerpunkte in etwa senkrecht übereinander 

liegen. Nun werden die Bälle aufgehoben und fallen gelassen. 

Beobachtung 

Während der untere Ball nur eine geringe Höhe erreicht, wird der obere Ball hoch in die Luft 

geschleudert. 

Erklärung 

Der untere Ball schlägt vor dem oberen am Boden auf und wird im Idealfall reibungslos 

reflektiert. Danach stoßen sich die beiden Bälle elastisch. Ist der untere Ball dreimal 

schwerer als der obere Ball, so erreicht der obere Ball etwa das Vierfache der 

Ausgangshöhe. Zur Erklärung dieses Sachverhaltes sind sowohl Impulserhaltung und 

Energieerhaltung notwendig. 

Bemerkung 

Tatsächlich wandelt der untere Ball durch Reibung beim Aufprall am Boden und beim Stoß 

mit dem anderen Ball einen Teil der kinetischen Energie in innere Energie und Wärme um, 

deshalb ist der Stoß. 






48

Mechanik - Festigkeit – Materialeigenschaften - der biegsame Hühnerknochen 

Material 

1 Hühnerknochen (ohne Fleischreste) 

1 Schale mit Deckel 

Essigessenz aus dem Supermarkt 

Durchführung 

Den Hühnerknochen in die mit Essig gefüllte Schale legen, so dass der Knochen 

vollständig bedeckt ist. Die Schale mit dem Deckel verschließen. Täglich den Essig 

erneuern. 

Beobachtung 

Nach einigen Tagen wird der Knochen weich. 

Erklärung 

Der Essig löst ach und nach den Kalk im Knochen. Kalk ist aber für die Härt und Stabilität 

der Knochen wesentlich 

http://www.zirp.de/images/stories/Wissenschaft/experimente_mit_aha_effekt.pdf 

modifiziert von Kameier 2011 


49

Mechanik - Festigkeit – stabile Papierröhre – Bambusrohr - Fahrradfelge 

Material 

Papier 

Schere 

Klebstoff 

Durchführung 

Aus einem Stück Papier wird ein Zylinderrohr zusammengeklebt. Die Röhre ist stabil, wenn 

man sie hochkant auf den Tisch stellt. Man kann sogar ein Buch darauf stellen. Legt man 

die Röhre flach auf den Tisch, ist sie instabil. Schneidet man nun ein paar Papierstreifen 

aus und klebt sie an die Ende der Röhre, wird die Röhre immer stabiler ohne dass die 

Röhre wesentlich schwerer wird. 

Erklärung 

Vergleichen kann man diese „Leichtbaukonstruktion“ mit einem Bambusstock und einer 

Hohlwandfelge am Fahrrad. 

http://www.fahrradmonteur.de/formelsammlung.php 

Sigrid Belzer: Die genialsten Erfindungen der Natur, Bionik für Kinder, Frankfurt a.M. 2010 


50

Mechanik – Hebelarm - Moment 

Quelle: Impulse Physik, Klett-Verlag, 2005 

Mechanik – Kraftmessung 



51

Mechanik – der Druck mit einem Bleistift 

Material 

Bleistift 

Aufbau und Durchführung 

Man nimmt den Bleistift stehend zwischen Daumen und Zeigefinger. Dann erhöht man den 

Druck indem man die Finger immer kräftiger zusammenpresst. An jenem Finger, wo man 

die Bleistiftspitze hält, wird man einen wesentlich größeren Schmerz verspüren als am 

zweiten. 

Erklärung 

Druck ist gleich Kraft pro Fläche p=F / A [Pa] = [N] / [m 2 ] Pascal=Newton/Quadratmeter 

Weil man mit beiden Fingern gegen den Bleistift drückt, wirkt auch auf beide dieselbe Kraft. 

Da die Auflagefläche der Bleistiftspitze aber viel kleiner als die des anderen Endes und der 

Druck indirekt proportional zur Auflagefläche ist, wirkt auf den Finger, wo die Bleistiftspitze 

angreift, ein viel größerer Druck. Deshalb ist hier das Schmerzempfinden auch viel größer. 

Peter Fleißner, Physikalische Freihandversuche zu Hydrostatik und Hydrodynamik, 

Diplomarbeit, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Gernot Pottlacher, Karl-Franzens-Universität Graz, 

2007 

http://portal.tugraz.at/pls/portal/docs/page/Files/i5110/files/Forschung/Thermophysik/DA_Peter-Fleissner.pdf 



52

Mechanik – Druck, das Fakir-Experiment 

Material 

kleines Holzbrett 

einige gleich lange, spitze Nägel (ca. 10 Stück) 

Tomate (Apfel, Kartoffel,…) 

Hammer 


Mit dem Hammer, den Nägeln und dem Holzbrettchen fertigt man sich ein Fakirbrett an. 

Dabei schlägt man einen einzigen Nagel am einen Ende des Brettes hindurch und alle 

anderen Nägel am anderen Ende des Brettes. Dann nimmt man in jede Hand eine Tomate 

(Apfel) und lässt sie aus einer bestimmten Höhe h auf den einzelnen und auf die mehreren 

Nägel fallen. Bei einer Fallhöhe von z.B. 30 cm versinkt sie beim einzelnen Nagel, bis sie 

beim Brettchen ansteht. Die mehreren Nägel dringen bei gleicher Fallhöhe aber nicht 

einmal bis zur Hälfte in die Tomate ein. Führt man den Versuch mit einem Äpfel oder einer 

Kartoffel durch, so verkleinern sich die Eindringtiefen. 

Erklärung 

Druck ist gleich Kraft pro Fläche p=F / A [Pa] = [N] / [m 2 ] Pascal=Newton/Quadratmeter 

Die Tomate wird aus derselben Höhe auf das Fakirbrett fallen gelassen. Deshalb kommt sie 

auch mit derselben Geschwindigkeit also dem gleichen Impuls bei der Spitze bzw. den 

Spitzen der Nägel an. Der Druck p hängt aber von der Kraft F und der Fläche A, auf der 

diese Kraft senkrecht angreift, ab. Bei einem einzigen Nagel wird die Tomate mit der Kraft F 

nur auf eine Nagelquerschnittsfläche gepresst, wobei bei zum Beispiel 16 (4 mal 4) Nägeln 

die Tomate mit derselben Kraft auf 16 Nagelquerschnittsflächen gepresst wird. Somit ist sie 

auf die Tomatenoberfläche bei den mehreren Nägeln um ein Vielfaches größer als bei dem 

einzelnen Nagel, weshalb die Tomate auch nicht so weit eindringen kann. Bei 

entsprechend vielen Nägeln wird die Gesamtfläche so groß bzw. die Kraft pro Nagel so 

klein, dass die Nägel überhaupt nicht mehr in die Oberfläche eindringen. Deshalb ist es 

auch möglich, sich auf ein Fakirbrett zu legen, ohne Verletzungen davon zu tragen. 



2007 




53

Mechanik - die hydraulische Presse 

Material 

kleine Spritze 

große Spritze (günstig das 10 fache Volumen der 

kleinen) 

dünnes Stück Schlauch 

Wasser 


Man füllt den Schlauch vollständig, sowie die beiden Spritzen zur Hälfte mit Wasser. 

Anschließend steckt man die Spritzen an jeweils ein Ende des Schlauchs, wobei man 

darauf achten muss, dass der Schlauch zur Gänze mit Wasser gefüllt bleibt. Dann nehmen 

möglichst zwei Personen jeweils eine Spritze in die Hand und versuchen diese mit den 

Daumen zu betätigen. Die Person mit der kleineren Spritze in der Hand wird bemerken, 

dass sie den Kolben hineindrücken kann. Im Gegensatz dazu ist es für die andere sehr 

schwierig den Kolben an der Stelle zu halten, weil durch die Druckübertragung in der 

Flüssigkeit sein Kolben herausgedrückt wird. 

Erklärung 

Greift eine Kraft F senkrecht an einem bestimmten Flächenstück A an, so beschreibt das 

Verhältnis Kraft pro Fläche einen Druck p. Weil der Druck in der Flüssigkeit überall gleich 

groß ist, wirkt auf den kleinen Kolben mit der kleineren Querschnittsfläche A1 eine Kraft F1, 

analog wirkt auf den größeren mit Querschnittsfläche A2 eine Kraft F2. Für die beiden gilt: 

F1 = p A1 

F2 = p A2 

Somit ist die Kraft F2 viel größer als die Kraft F1, die von der Flüssigkeit her an den Kolben 

angreift, weil das Verhältnis von F2 zu F1 direkt proportional dem Verhältnis der beiden 

Kolbenflächen ist. Deshalb ist es auch viel schwieriger oder sogar unmöglich den größeren 

Kolben hineinzudrücken, solange auf der gegenüberliegenden Seite jemand dagegen hält. 

Bemerkung: zu Beginn könnte es passieren, dass man den größeren Kolben an derselben 

Stelle halten kann, aber das liegt an der Ausdehnung des Schlauches und nicht an der 

Flüssigkeit oder der größeren Kraft derjenigen Person, denn in diesem Fall müsste dieser 

Mensch dann schon ca. 10 Mal stärker sein als sein Gegenüber. 

Anwendung: hydraulischer Wagenheber, hydraulische Presse 



2007 



54

Mechanik – Druckverteilung 

Material 

Glas, möglichst schlank und mit geschliffenem Rand 

Bierdeckel oder ein Stück Papier 


Man füllt das Glas je nach Belieben mit Wasser, der Effekt kommt jedoch besser zur 

Geltung, wenn man es fast voll macht. Dann legt man den Bierdeckel oder das Papierstück, 

das überall mindestens um einen Zentimeter über den Glasrand hinaus ragen sollte, auf 

das Gefäß. Über einer Wanne oder im Waschbecken sollte man weiter verfahren. Während 

man mit der Handfläche das Papierstück auf den Glasrand presst, dreht man mit der 

anderen Hand das Glas um. 

Erklärung 

In einer Flüssigkeit steigt mit zunehmender Tiefe der Druck 

p = � g h Druck = Dichte * Erdbeschleunigung * Tiefe 

� � 

� kg m � � kg � 

� � � �m 

� 

3 2 

m s 

� � 

m 

� 

� � � � 

Pa 2 

� 

Kraft 

Fläche 

Im Schwimmbad spürt man gemäß dieser Formel den Druck auf den Ohren. 

In dem Wasserglas wird der Druck an der Öffnung von dem Umgebungsdruck festgelegt. 

Steht das Glas auf dem Tisch, steigt der Druck zum Boden. Dreht man das Glas aber um, 

sinkt der Druck vom Papier zum Boden des Glases. Das Papier wird von der 

Hydrostatischen Druckverteilung quasi angesaugt – ganz präzise beschrieben genügen die 

Intermolekularenkräfte (Kohäsionskräfte), damit das Papier am Wasser und am Glasrand 

haftet. Die Druckverteilung (hoher Druck unten, niedriger Druck oben im Glas) sorgt dafür, 

dass das Wasser im Glas bleibt. 

Anwendung: hydraulischer Wagenheber, hydraulische Presse 



2007 




55

Mechanik - der hydrostatische Druck 

Material 

große Plastikflasche 

Wasser 

Tinte 

Nagel 

Klebeband 

Wanne 


Zuerst bohrt man in die Plastikflasche drei Löcher vertikal untereinander. Anschließend 

verschließt man die Öffnungen mit einem Streifen Klebeband. Nun befüllt man das Gefäß 

mit eingefärbtem Wasser. Jetzt zieht man das Klebeband in einem Zug von der 

Plastikflasche. 

Erklärung 

Man erkennt, dass der Wasserstrahl aus dem obersten Loch am wenigsten weit spritzt und 

der unterste Wasserstrahl am weitesten, also mit dem größten Druck. Der hydrostatische 

Druck treibt die Strömung gemäß 

p = � g h Druck = Dichte * Erdbeschleunigung * Wasserhöhe in der Flache 

� � 

� kg m � � kg � 

� � � �m 

� 

3 2 

m s 

� � 

m 

� 

� � � � 

Pa 2 

� 

Kraft 

Fläche 

Der Druck in einer Flüssigkeit hängt linear mit der Füllhöhe zusammen. 



2007 




56

Mechanik – Dichte, Flüssigkeitsschichten 

Material 

Glas 

Löffel 

Wasser 

Zuckerwasser 

Öl 

Spiritus 


Zuerst rührt man sich Zuckerwasser aus einem Teil Zucker und zwei Teilen Wasser an und 

lässt es als unterste Schicht im Glas. Nun gibt man nach und nach die anderen 

Flüssigkeiten in das Gefäß, indem man sie ganz langsam über einen Löffel hinein fließen 

lässt. Man muss darauf achten, dass man den Löffel stets ganz knapp oberhalb des 

Flüssigkeitsstandes positioniert. Die Schichtdicken sollten nicht mehr als zwei Zentimeter 

betragen. Als nächstes gibt man also Wasser in das Glas, daraufhin das Öl und zuletzt den 

Spiritus. 

Erklärung 

Wenn man vorsichtig genug war, durchmischen sich die verschiedenen 

Flüssigkeitsschichten nicht. Die Dichteunterschiede bewirken eine Schichtung. 

� kg � 

Dichte = Masse pro Volumen � = m / V � 3 � 

�m 

� 



2007 




57

Mechanik – Dichte, Cola-Light ist wirklich leichter 

Material 

Dose Cola 

Dose Cola-Light 

Eimer oder Behälter mit Wasser 


Man füllt einen Behälter mit Wasser und gibt die beiden verschlossenen Dosen hinein. 

Erklärung 

Die Dichte von Cola beträgt etwa 1040 kg/m 3 von Cola-Light dagegen nur etwa 1002 kg/m 3. 

Aufgrund des höheren spezifischen Gewichts, verursacht durch den höheren Zuckergehalt, 

sinkt die klassische Cola-Dose zum Boden. 



2007 




58

Strömungsmechanik – Wirbel 

Material 

1 Kerze, 1 Plastikflasche, 1 Luftballon 

Durchführung 

Man schneidet den unteren Teil der Flasche ab und spannt den zerschnittenen Luftballon 

als Membran darüber. Man zündet die Kerze an und hält die Wirbel in einiger Entfernung 

(ca. 30 cm). Dann zupft man bzw. schnippst gegen die Membran, dadurch erlischt die 

Kerze. 

Erklärung 

Am Flaschenhals bildet sich durch die austretende Strömung ein Ringwirbel, der sich 

ausgesprochen stabil über eine weite Entfernung bewegen kann – weiter als man einen 

Luftstrahl spüren kann. Vergleichbare Wirbel gibt es auch Flugzeugbauteilen. 

http://www.physik.uni-wuerzburg.de/physikonline.html/filme/mpg_m8_fluide/wirbel/wirbel2ks.mpg 





59

Strömungsmechanik - Fahrradventil 

Material 

1 Murmel 

1 Luftballon 

Durchführung 

Vorsichtig die Murmel in den Luftballon einbringen. Den Luftballon halb aufblasen und mit 

den Fingern geschlossen halten. Die Murmel muss nun unten bei der Öffnung liegen, dann 

brauchst du den Luftballon nicht mehr zuhalten. 

Erklärung 

Die Luft mit ihrem Überdruck drückt die Kugel in die Öffnung. Hat die Kugel eine passende 

Größe, so verschließt sie den Luftstrom und der Luftballon hält seine Luft. Derart 

funktioniert ein Fahrradventil. Es gibt aber auch alte Fahrradventile mit einem kleinen 

dünnen Schlauch (Ventilgummi), Kannst du das Prinzip erklären dieser veralteten Technik 

erklären? 

Vgl. auch 

EMS, Experimente. Materialien. Schulungen, Dr. Jörg Kraus, Lindau (B.) 

http://www.ems-kraus.de/html/luft.html 


60

Strömungsmechanik . Wind = Luftströmung = Aerodynamik 


Material 

Fön, Tischtennisball, Stricknadeln, Papierblätter 


61

Strömungsmechanik – die Kerzenflamme und der Trichter 

Material 

Trichter 

Kerze 

Feuerzeug bzw. Streichhölzer 


Man stellt eine brennende Kerze auf den Tisch und bläst aus ca. 10 Zentimeter Entfernung 

durch die Ausflussöffnung eines Trichters hindurch gegen die Kerzenflamme. Wenn man 

vorsichtig genug bläst, wird die Kerzenflamme nicht erlöschen sondern zum Trichter hin 

gezogen. 

Erklärung 

Da die Abflussöffnung des Trichters um einiges schmäler ist als die Trichteröffnung hat der 

Luftstrom in dem schmalen Rohr aufgrund der Kontinuitätsgleichung eine höhere 

Geschwindigkeit. 

c � A � const. 

(Geschwindigkeit x Fläche ist konstant, d.h. kleine Fläche mit großer 

Geschwindigkeit oder große Fläche mit kleiner Geschwindigkeit) 

Eine höhere Geschwindigkeit hat aber einen geringeren statischen Druck zur Folge, 

c 2 

2 

p 

� � const. 

� 

(Geschwindigkeit zum Quadrat geteilt durch zwei plus Druck p dividiert 

durch Dichte � (Rho) ist gleich konstant (Gesetz von Bernoulli). 

weshalb zwischen Kerzenflamme und Trichter ein kleinerer statischer Druck gegenüber 

dem atmosphärischen Luftdruck entsteht. Dadurch wird die Kerzenflamme zum Trichter hin 

gedrückt. Bläst man fester in den Trichter hinein, so entsteht an dessen Ende eine starke 

turbulente Strömung und die Kerzenflamme erlischt. 



2007 




62

Strömungsmechanik - der Papiertrichter im Trichter 

Material 

Kerze 

Feuerzeug oder Streichhölzer 

Flasche 


Man stellt eine brennende Kerze auf einen Tisch und ca. fünf Zentimeter davor eine 

Flasche. Nun bläst man aus kurzer Entfernung auf Höhe der Kerzenflamme gegen die 

Flasche. Dabei muss man darauf achten, dass die Flasche und die dahinter stehende 

Kerze genau auf der Bahn des Luftstroms der Atemluft liegen. Die Kerzenflamme wird 

erlöschen, obwohl die Flasche genau vor ihr im Luftstrom steht. 

Erklärung 

Die Atemluft erzeugt eine gleichförmige Strömung. Wenn der Luftstrom nun auf die Flasche 

trifft, so strömen die Luftteilchen um die Flasche. In Stromlinien gezeichnet kann man sich 

das so vorstellen, dass sich die einzelnen Strömungslinien um die Flasche herum 

krümmen, wobei sie aufgrund der höheren Geschwindigkeit um die Flasche näher 

aneinander liegen. Somit ist der Luftstrom nach der Flasche im Idealfall wieder gleich 

geradlinig wie zuvor. 



2007 




63

Strömungsmechanik - im Windschatten einer Münze 

Material 

2 € Münze 

ein Blatt Papier 


Man schneidet sich eine Papierscheibe aus, deren Durchmesser exakt dem der Münze 

entspricht. Nun hält man die Münze und das Papierstück vor sich hin und lässt sie getrennt 

voneinander fallen. Die Münze wird um einiges schneller am Boden angelangen als die 

Papierscheibe. Legt man nun die Papierscheibe auf die Münze und lässt beides zusammen 

in dieser Anordnung fallen, so wird das Papierstück an der Oberfläche der Münze bleiben 

und gleich schnell zu Boden fallen, solange sich die Münze nicht verdreht. 

Erklärung 

Da die Oberfläche des Papierstücks und die der Münze gleich groß sind, erfahren sie auch 

denselben Luftwiderstand und somit die gleiche Reibungskraft. Jedoch ist das Gewicht der 

Münze um einiges höher, weshalb sie auch schneller zu Boden fällt. Legt man nun das 

Papierstück auf die Münze, so erfährt dieses auch keinen Luftwiderstand mehr, da die Luft 

bereits von der Münze verdrängt wird. Die Papierscheibe befindet sich im Windschatten der 

Münze. Deshalb fallen die beiden auch zusammen zu Boden. 



2007 




64

Strömungsmechanik - der Papiertrichter im Trichter 

Material 

Trichter 



Man legt das Blatt Papier so zusammen, dass man einen Trichter erhält, der ungefähr 

gleich groß ist wie der Küchentrichter. Dann hält man den Papiertrichter in den 

herkömmlichen hinein und beginnt in die kleine Öffnung hinein zu blasen. Der Papiertrichter 

wird nicht aus dem Küchentrichter hinaus geblasen, sondern zur Wand des Küchentrichters 

hin gedrückt. Während dem Hineinblasen kann man die Öffnungen sogar senkrecht nach 

unten halten, und der Papiertrichter wird trotzdem nicht zu Boden fallen. 

Erklärung 

Der Luftstrom, der über die kleine Öffnung in den Trichter gelangt, wird durch den 

Papiertrichter abgelenkt. Die Luft bewegt sich zwischen Innenwand des Küchentrichters 

und Papiertrichter entlang. Wegen der Bernoulli-Gleichung 

c 2 

2 

p 


� 



ist aber der Druck im Luftstrom geringer als der Druck der ruhenden Luft, weshalb der 

Papiertrichter in den herkömmlichen Trichter hinein gedrückt wird. 



2007 




65

Strömungsmechanik - der Tischtennisball im Trichter (Luftströmung) 

Material 

Trichter 

Tischtennisball 


Man hält einen Tischtennisball in einen Trichter und bläst kräftig in die kleine Öffnung des 

Trichters hinein. Der Tischtennisball wird nicht aus dem Trichter hinaus geblasen sondern 

zur kleinen Trichteröffnung hin gedrückt. 

Erklärung 

Der Luftstrom wird durch den Tischtennisball, den man zu Beginn des Experiments 

festhalten muss, entlang der Trichterwand abgelenkt. Da der Raum zwischen Trichterwand 

und Tischtennisball nur sehr eng ist, strömt die Luft in diesem Bereich sehr schnell, gemäß 

der Bernoullischen Gleichung 

c 2 

2 

p 


� 



Führt dies zu einem niedrigen Druck, der den Tischtennisball ansaugt und in Balance hält. 



2007 




66

Strömungsmechanik - der Tischtennisball im Trichter (Wasserströmung) 

Material 

Trichter 

Tischtennisball 

Fließendes Wasser 


Man legt den Tischtennisball in den Trichter und dann hält man beides zusammen unter 

einen fließenden Wasserhahn. Der Ball wird sich immer zur Ausflussmündung hin drängen, 

egal wie viel Wasser auch im Trichter ist. Sobald man aber mit der zweiten Hand mit einem 

Finger die Ausflussöffnung zuhält, steigt der Ball hoch und schwimmt auf der 

Wasseroberfläche im Trichter. 

Erklärung 

Solange das Wasser abfließen kann, erfährt der Tischtennisball keinen Auftrieb. Die 

Strömung des Wassers erzeugt einen Unterdruck, der den Ball nach unten zieht. 

Eine höhere Geschwindigkeit hat einen geringeren statischen Druck zur Folge, 

c 2 

2 

p 


� 





2007 




67

Strömungsmechanik - das aerodynamische Paradoxon 

Material 

zwei Blätter Papier 


Man hält die zwei Blätter mit je einer Hand ca. drei bis fünf Zentimeter nebeneinander vor 

sein Gesicht. Jetzt bläst man kräftig zwischen die beiden Blätter hinein. Sie werden nicht 

auseinander gedrückt, sondern stoßen zusammen. 

Erklärung 

Der Luftstrom, der zwischen den beiden Blättern fließt, hat aufgrund der Strömung einen 

Unterdruck zur Umgebung. Der Umgebungsdruck außen ist größer, so dass dieser Druck 

die Blätter zusammendrückt. 



2007 




68

Strömungsmechanik – Windschatten, die Münze und das Papierstück 

Material 

2 € Münze 



Man schneidet sich aus dem Blatt Papier eine Kreisscheibe mit exakt dem gleichen 

Durchmesser wie die 2 € Münze aus. Jetzt legt man die Papierscheibe auf den Tisch hin 

und hält die Münze in einem Abstand von einem Zentimeter darüber. Beginnt man nun 

kräftig von oben auf die Münze zu blasen, so zieht es das zurechtgeschnittene Papierstück 

sofort an die Unterseite der Münze. Wenn man kräftig genug drauf bläst, kann man den 

anfänglichen Abstand zwischen Münze und Papierscheibe sogar noch um einiges 

vergrößern. 

Erklärung 

Durch das Blasen auf die Münze entsteht um diese herum und somit auch zwischen Münze 

und Papierstück bzw. Tisch ein Luftstrom, in dem der herrschende statische Druck auf 

Grund des größeren dynamischen Drucks, um einiges geringer als der umgebende 

atmosphärische Druck ist. Da der übliche Luftdruck aber auch von unten auf die 

Papierscheibe wirkt, wird das Papierstück zur Unterseite der Münze hin gedrückt. Sobald 

man aufhört zu blasen, fällt das Papierstück wieder auf den Tisch zurück. 



2007 



69

Strömungsmechanik – die klappernden Löffel 

Material 

zwei Suppenlöffel 

fließendes Wasser 


Man fasst mit jeweils einer Hand einen Löffel ganz vorsichtig mit zwei Fingern am oberen 

Ende des Griffs indem die Außenwölbungen zueinander zeigen. Jetzt hält man die 

Wölbungen ca. einen Zentimeter voneinander entfernt unter einen fließenden Wasserhahn. 

Es ist ein leises, rasches Klappern der Löffel zu hören. 

Erklärung 

Der Druck im Wasserstrahl ist kleiner als der herrschende statische atmosphärische Druck, 

weshalb die beiden Löffel aneinander gepresst werden. Durch den fließenden Wasserstrahl 

werden sie jedoch auch immer wieder auseinander gedrückt, weshalb es zum Klappern 

und zu einer Pendelbewegung der Löffel kommt. Sobald das Wasser zwischen den 

Wölbungen der beiden Löffel entlang fließt, kann man die oberen Enden sogar noch etwas 

weiter voneinander entfernen, ohne dass die Wölbungen auseinander schwingen. Weil das 

Wasser stets das Verlangen hat, die Oberfläche möglichst gering zu halten, wird das 

Zusammenpressen der beiden Löffel noch ein wenig verstärkt. 



2007 



70

Strömungsmechanik – fallende Zylinder, Magnus-Effekt 

Material 

Kartonzylinder 

Lange Schnur 

Klebstoff 


Man befestigt beide Enden einer ca. vier Meter langen Schnur 

mit Hilfe von Klebstoff an den Enden des Kartonzylinders. Nun 

rollt man die ganze Schnur gleichmäßig auf den Zylinder auf, 

bis nur mehr eine kleine Schlaufe zum festhalten über ist. Man 

sollte die Schnur doppelt am Zylinder befestigen, weil damit 

ein Kippen des Zylinders vermieden wird. Nun lässt man den 

Zylinder von so hoch wie möglich fallen, währenddessen man die Schlaufe festhält. Der 

somit abrollende Zylinder wird sich während dem Fall vom senkrechten Lot des 

Startpunktes immer weiter entfernen. 

Erklärung 

Aufgrund der Rotation des Zylinders kommt es zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten an 

den beiden Seiten des Zylinders. An jener Seite, wo sich die Schnur vom Zylinder entfernt, 

dreht sich dieser entgegen der Schwerkraft, auf der gegenüberliegenden Seite dreht er sich 

hingegen in Fallrichtung. Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten verursachen in weiterer 

Folge unterschiedliche Drücke auf beiden Seiten des rotierenden Zylinders. Diese 

Druckdifferenz erzwingt eine resultierende Kraft, die senkrecht zur Bewegungsrichtung 

angreift und den rotierenden Zylinder aus der gedachten vertikalen Bahn zieht. Dieses 

Phänomen bezeichnet man als Magnus-Effekt. 



2007 



http://de.wikipedia.org/wiki/E-Ship_1 

E-Ship 1 (Enercon) 

4 Flettner-Rotoren mit 27 m Höhe 

und 4 m Durchmesser 

Angestrebt ist eine Kraftstoffersparnis 

von 30–40 % bei einer Fahrt von 

16 Knoten (8,2 m/s 


71

Strömungsmechanik - die Brauserakete 

http://mv.fhduesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/c_ver 

oeffentlichungen/stroemung_hoeren_und_se 

hen080305.pdf 

Materialien 

Filmdose 

Brausetabletten 

Wasser 

kopierten Raketenschnitt auf Papier, siehe nächste Seite 

http://www.tk-logo.de/cms/beitrag/10000424/203976/ 

Durchführung 

Zuerst schneidet man die Rakete aus dem Papier aus und klebt diese an eine Filmdose. 

Anschließend nimmt man diese Filmdose und füllt sie mit einer halben Brausetablette. Nun 

legt man den Deckel griffbereit und schüttet ein bisschen Wasser und füllt dieses in die 

Filmdose. Danach muss man die Filmdose zügig verschließen und auf den Deckel stellen. 

Nun muss man warten und schauen was passiert. (Nicht über die Rakete beugen!) 

Zu Beachten ist, dass man die Dose nicht mit zu viel Wasser oder Brause befüllt, da es 

dann nicht zu einer genügenden Gasentwicklung kommen kann. 

Erklärung 

Wenn die Brause sich im Wasser auflöst, kommt es zu einer Gasbildung. Durch die 

Gasbildung entsteht in der Filmdose ein Überdruck. Ist der Druck groß genug, öffnet sich 

der Deckel der Filmdose schlagartig und das Gas tritt aus. In Folge dessen der Körper der 

Rakete nach oben beschleunigt und fliegt. Somit lässt sich die Brauserakete mit einer 

normalen Rakete vergleichen. 

http://mv.fhduesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/c_veroeffentlich 

ungen/stroemung_hoeren_und_sehen080305.pdf 


72


73

Strömungsmechanik – Rückstoßprinzip, Luftballonrennen 

Materialien 

Luftballon 

glatte Schnur (muss im Abstand von mindestens 3m besser 8m gespannt werden) 

Klebeband 

Durchführung 

Man nimmt sich einen Strohhalm und fädelt diesen auf die Schnur. Die Schnur spannt man 

stramm zwischen zwei festen Punkten im Raum oder draußen. Danach nimmt man sich 

einen Luftballon und pustet diesen größtmöglich auf. Wenn der Luftballon voll aufgepustet 

ist, befestigt man diesen am Strohhalm mit einem Streifen Klebeband. Nun muss man den 

Luftballon nur noch loslassen und dann fliegt er entlang der Schnur durch den Raum. 

Man sollte eine möglichst glatte Schnur wählen. Die Wahl der Ballonform beeinflusst 

ebenfalls das Experiment, am besten verwendet man die länglichen Partyluftballons 

Erklärung 

Das Luftballonrennen beruht auf dem Rückstoßprinzip. Durch das Loslassen des Ballons 

strömt die Luft aus dem Ballon und treibt ihn voran. Die durch den Rückstoß entstehende 

Kraft lässt sich über die Formel für die Schubkraft ermitteln: 

F � m� 

� c � � � c � A � c 

Diese Formel beschreibt den Zusammenhang zwischen Durchsatzrate m� (auch 

Massenstrom genannt) und der Geschwindigkeit des ausströmenden Mediums, der 

Massenstrom ist die Dichte des Mediums mal einer Fläche mal der Geschwindigkeit. 

Einheitenkontrolle 

F � m� 

� c � � � c � A � c 

kg 

N � 

� 

s 

m 

s 

kg m 

� � �m 

3 

m s 

2 

m 

� 

s 

kg �m 

� 2 

s 


74

Strömungsmechanik - das Flaschenausleeren, Wirbel 

Material 

zwei gleiche Plastikflaschen 

Wasser 

Waschbecken oder Wanne 


Man füllt zwei stabile exakt gleiche Plastikflaschen zur Gänze mit Wasser, am besten 

verwendet man zwei 1,5 Liter Pfandflaschen. Eine Person versetzt die Flasche kräftig in 

Rotation um die senkrechte Achse, sodass sich das Wasser stark zu drehen beginnt. Jetzt 

stellen beide Personen zu gleich die Flaschen auf den Kopf. Während beim einen das 

Wasser nur ganz unregelmäßig ausfließt, strömt es aus der Flasche, in der die Flüssigkeit 

rotiert, in einem Zug beinahe doppelt so schnell aus. 

Erklärung 

Beim einfachen Ausleeren der Flasche behindern sich das ausfließende Wasser und die 

einströmende Luft gegenseitig, sodass stets nur einzelne Luftblasen in die Flasche 

aufsteigen und unregelmäßig Wassermengen ausfließen können. Durch das Andrehen der 

Flasche vor oder auch nach dem Umdrehen beginnt die Flüssigkeit zu rotieren und hat auf 

Grund der Zentrifugalkraft das Bestreben soweit wie möglich an den Rand der Flasche zu 

gelangen. Deshalb bildet sich kurz nach dem Umdrehen von der Öffnung weg nach oben 

hin ein Wirbel mit einem Luftkanal in der Mitte. Somit kann Luft durch den Wirbel hindurch 

ständig nachströmen. 



2007 




75

Strömungsmechanik - der Flaschentornado 

Material 

zwei gleiche Plastikflaschen 

Isolierband 

Wasser 


Man verwendet zwei stabile gleich große Plastikflaschen und füllt eine der beiden zu drei 

Viertel mit Wasser. Die beiden Flaschen klebt man mit Isolierband zusammen, sodass ein 

in sich geschlossenes System entsteht. Nun stellt man die somit erhaltene Kombi-Flasche 

auf den Kopf und versetzt das obere Ende mit einer Hand in leichte Drehbewegungen um 

die vertikale Achse. Nachdem zu Beginn einige einzelne Luftblasen aus der unteren 

Flasche in die obere steigen, bildet sich aus dem oberen Gefäßes ein so genannter 

Flaschentornado. Es entsteht ein Luftkanal im Zentrum, der nach oben hin immer größer 

wird, bis er die Außenfläche der Flasche erreicht. 

Erklärung 

Wegen der Rotationsbewegung drängt das Wasser zum Außenrand der Flasche hin. Da es 

aber auch in die untere Flasche strömt, müssen Luftblasen immer schneller hintereinander 

hochsteigen, bis sie einen Luftkanal bilden und ein Flaschentornado entsteht. 



2007 




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Strömungsmechanik – der fliegende Teebeutel 

Material 

Teebeutel 

Schere 

Durchführung 

Bei einem Teebeutel wird die Kante, an der die Schnur befestigt ist, abgeschnitten, der 

Inhalt entleert, der Beutel zu einer Röhre geformt, auf einem feuerfesten Untergrund 

aufgestellt und der obere Rand angezündet. Dabei brennt der Beutel langsam und 

gleichmäßig ab, 

Erklärung 

Die Luft im Inneren der Röhre wird erwärmt und zugleich kommt durch den Abbrand eine 

Gewichtsabnahme des Materials zustande. Da warme Luft nach oben steigt, hebt der nun 

zu ca. 90 % abgebrannte Teebeutel ab und schwebt mit dem Luftstrom fünf bis acht Meter 

nach oben. 

http://mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/c_veroeffentlichungen/stroemung_hoeren_und_sehen080305.pdf 


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Strömungsmechanik - tanzenden Rosinen 

Material 

Rosine 

Mineralwasser 

Glas 


Man füllt das Glas mit Mineralwasser (mit möglichst viel Kohlensäure) und gibt dann ca. 10 

Rosinen hinein. Sie werden zu Boden sinken, jedoch werden einige gleich wieder 

hochsteigen bis zur Wasseroberfläche und sinken dann wieder bis zum Grund des Glases. 

Es kann sogar vorkommen, dass eine Rosine kurzzeitig in derselben Mineralwassertiefe 

oberhalb des Bodens verweilt. Die Rosinen werden mehrmals hochsteigen und wieder 

sinken. 

Erklärung 

Damit ein Körper in einer Flüssigkeit schwimmt, muss seine Auftriebskraft größer sein als 

seine Gewichtskraft. Die Dichte der Rosinen ist aber höher als die Dichte von Wasser, 

weshalb sie zu Beginn auch alle zu Boden sinken. Im Mineralwasser befinden sich 

Kohlendioxidbläschen, von denen sich einige an der Oberfläche der Rosinen hängen. Vor 

dem Öffnen der Flasche ist das Kohlendioxid auf Grund des höheren Drucks in der Flasche 

im Wasser gelöst und die Bläschen entstehen erst nach dem Öffnen der Flasche. Die 

Oberfläche der Rosinen ist rau, daher haften die Bläschen an ihrer Oberfläche und lassen 

die Rosinen schweben. 



2007 



http://mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/c_veroeffentlichungen/stroemung_hoeren_und_sehen080305.pdf 


78

Strömungsmechanik – magnetische Korken, Grenzflächenspannung 

p+pp 

p+ 

p+ 

Material 

Schüssel mit Wasser 

Teil I: Korken 

Teil II: Pfeffer 

Spülmittel 

Teil III: Stück Faden zum Ring verknotet 

Spülmittel 

Durchführung – Teil I *) 

Von dem Korken schneidet man zwei dünne Scheiben ab. Diese legt man in das Wasser. 

Wartet man genügend lange, ziehen sich die Korken an. Möglich ist auch, dass die Korken 

an den Rand wandern und dort haften bleiben. 

Erklärung 

Durch die Grenzflächenspannung zwischen Korken und Wasser steigt der Wasserstand an 

dem Korken bzw. zwischen den beiden Korken oder dem Korken und Rand des Gefäßes. 

Da der Druck mit zunehmender Wassertiefe ansteigt 

� kg m � 

�p � � � g� 

�h 

�Pa�� m 

3 2 � 

�m 

s � 

Druckdifferenz = Dichte (rho) mal Erdbeschleunigung mal Höhendifferenz 

Der höhere Druck außen um die Korken, schiebt die Korken zusammen. 

Durchführung – Teil II 

Auf die Wasseroberfläche in dem Gefäß streut man etwas Pfeffer zur Sichtbarmachung. 

Nun tropft man etwas Spülmittel in das Wasser, die Pfefferkörner streben schlagartig nach 

außen. 

Durchführung – Teil III 

Man wechselt das Wasser aus und legt den ringförmigen Faden auf die wasseroberfläche. 

In die Mitte des Fadenrings tropft man etwas Spülmittel. Der Fadenring bildet sich zum 

einem kreisrunden Ring aus. 

Erklärung 

Spülmittel senkt die Grenzflächenspannung. Es bildet sich bei konstanetm Umfang eine 

möglichst große Fläche, so dass sich bei dem Faden ein Kreis ergibt. 

*) Alternative Versuchsdurchführung mit Heftzwecken: 

Ansicht von oben Ansicht von der Seite 


79

Strömungsmechanik – Krümmungsdruck: warum hält ein LKW Reifen weniger Druck 

aus als ein Fahrradreifen? 

Material 

Teil I: Seifenblasen (alternativ: Wasser und Spülmittel) 

Trinkhalme (mit Abknickung), alternativ Stück dünnen Schlauch 

T-Stück (aus dem Aquariumzubehör) 

Teil II 2 Luftballons (normale Größe und kleine Größe (Wasserbombe)) 

T-Stück und Schlauch 

Durchführung 

Was passiert, wenn man zwei unterschiedlich große Seifenblasen mit einander verbindet? 

Verbinde die Schläuche oder Trinkhalme am T-Stück. Tauche die beiden Enden in 

Seifenwasser und puste an den Enden vorsichtig jeweils eine Blase auf. Die größere 

Seifenblase wächst auf Kosten der kleineren. 

Über ein geeignetes T-Stück kann man versuchen, gleichzeitig einen normalen Luftballon 

und einen kleinen, eine Wasserbombe, aufzublasen. 

Erklärung 

Der Druck in der kleineren Seifenblase ist größer als in der größeren Seifenblase. Bei den 

Luftballons kann man den kleinen Luftballon, die Wasserbombe nicht aufblasen, da bei 

gleichem Material der vorhandene Krümmungsradius einen großen Druck zum Wachsen 

des Ballons benötigt 

Analogie 

Ein Fahrradreifen hat einen erheblich kleineren Krümmungsradius als ein LKW-Reifen. 

Was ist Druck? (Warum hält ein LKW-Reifen weniger Druck aus als ein Fahrradreifen?) 

Druck � 

Kraft 

Fläche 

Vorsichtig hineinpusten 

T-Stück 


80

Die Kraft steht dabei senkrecht auf der Fläche, da Fluide (Gase und Flüssigkeiten) in Ruhe 

keine Schubspannung aufnehmen können (schüttet man eine Flüssigkeit zum Beispiel aus, 

breitet sich die Flüssigkeit unendlich aus). 

Die Druckkraft führt zu Kräften in den Randflächen einer Oberfläche (z.B. LKW- oder 

Fahrradreifen) 

kleine Kraft große Kraft 

Druck � 

� 

kleine Fläche große Fläche 

�� 

�� 

Fahrrad 

LKW 

Demnach sind beim Fahrradreifen die Kräfte in den Randflächen kleiner als beim LKW. 

Daher verträgt ein großer Reifen weniger Druck als ein kleiner Reifen! 

Idee zum Experiment: 

http://www.daserste.de/wissenvoracht/folge_dyn~folge,401~Page,3~cm.asp 


81

Thermodynamik - Längenausdehnung einer Stricknadel 

Material 

Stricknadel ( oder ein Draht) 

Nähnadel 

Papierpfeil 

Kerze oder Brenner 

Zwei gleich hohe Flaschen 

Korken 


Man verkorkt die Flasche, sodass mindestes ein Zentimeter des Korkens aus der Flasche 

ragt. Senkrecht zur Korkenachse wird nun die Stricknadel in den Korken gesteckt. Der 

Papierpfeil wird an der Nähnadel befestigt. Diese Nadel kommt auf den Hals der zweiten 

Flasche. Nun muss die Stricknadel durch Veränderung der Höhe des Korkens so justiert 

werden, dass die Nähnadel zwischen Stricknadel und Flaschenhals eingeklemmt ist. Die 

Stricknadel muss auf der Nähnadel aufliegen. 

Man beobachtet nun genau den Stand der Pfeilspitze. Hält man eine Flamme unter die 

Stricknadel, so dehnt sich diese aus und dreht die kleinere Nähnadel. Der Zeiger auf der 

Nähnadel dreht sich daher weiter. Das funktioniert allerdings nur, wenn die Stricknadel 

nicht über die Nähnadel hinweg rutscht. 

Variante 

Man kann die Stricknadel auch dadurch fixieren, in dem man sie an einem Ende einbiegt 

und dieses Ende in die geöffnete Flasche steckt. Der Korken ist in diesem Aufbau nicht 

notwendig. 

Erklärung: 

Die Wärme der Flamme führt zu einer Längenänderung der Nadel. Diese Änderung ist aber 

sehr klein. Allerdings kann diese Änderung durch die Nähnadel sichtbar gemacht werden. 

Wenn der Zeiger am Beginn nach unten gezeigt hat, so wird er sich beim Erwärmen der 

Nadel in Richtung der anderen Flasche drehen. 

Robert Schantl, Physikalische Freihandexperimente zur Thermodynamik, Diplomarbeit an der 



http://portal.tugraz.at/pls/portal/docs/page/Files/i5110/files/Forschung/Thermophysik/DA-RobertSchantl.pdf 


82

Thermodynamik - das Münzventil 

Material 

Glasflasche 

Münze, die die Öffnung der Flasche vollständig abdeckt 

Kaltes Wasser 


Die Flasche wird mit dem kalten Wasser ordentlich gekühlt. Anschließend wird die Öffnung 

der leeren Flasche befeuchtet und mit der Münze verschlossen. Nun umfasst man mit 

beiden Händen die Flasche und wartet, bis die Körperwärme den Inhalt der Flasche 

erwärmt hat. Die Luft in der Flasche benötigt ein größeres Volumen und hebt die Münze 

von Zeit zu Zeit kurz an. 

Erklärung 

Die Flasche ist ein Gefäß mit konstantem Volumen. Beim Erwärmen mit den Händen 

beginnt sich die Luft in der Flasche zu erwärmen. Nach der idealen Gasgleichung erhöht 

sich neben der Temperatur auch der Druck innerhalb der Flasche 

p ~ T (Druck p ist proportional der Temperatur T) *) 

Dieser Druck richtet sich als Kraft gegen die Gefäßwand, also gegen die Flasche und die 

Münze. Ist der Druck groß genug um das Gewicht der nach unten drückenden Münze 

auszugleichen, kann die Luft die Münze anheben. Dabei entweicht ein Teil der erwärmten 

Luft, was einen Rückgang des Drucks in der Flasche bewirkt. Die Münze bleibt also wieder 

auf der Flasche liegen, bis der Druck durch die Wärmezufuhr wieder groß genug ist, um sie 

erneut zu heben. 






Ideale Gasgleichung 

p 

*) � RT 

(� = Rho = Dichte [Kg/m 

� 

3 ] R = spezielle Gaskonstante für Lüft =287 [J/(kg K] 

T = Temperatur in Kelvin [K]) 


83

Thermodynamik - Luft im Glaskolben 

Material 

Rundkolben mit längerem Glasrohr 

Behälter mit Wasser 

Kerze 

Aufbau und Durchführung (Teil 1) 

Der Kolben wird so gehalten, dass das Glasrohr 

vollständig ins Wasser taucht. Nun erhitzt man 

den Kolben mit der Kerze. Bald beginnen am 

unteren Ende des Glasrohres kleine 

Luftblässchen aufzusteigen. 

Aufbau und Durchführung (Teil 2) 

Jetzt entfernt man die Flamme, lässt aber die 

Öffnung des Glasrohres weiterhin die ganze Zeit 

unter Wasser. Die Luft im Kolben soll jetzt 

abkühlen. Unterstützt kann dieser Vorgang 

werden, indem man den Kolben nicht mit der 

ganzen Hand umfasst und ihn eventuell mit kalten Gegenständen in Berührung bringt. In 

der Zeit des Abkühlens muss man darauf acht geben, dass aus dem Kolben keine Luft 

austreten kann. Mit der Zeit beginnt das Wasser im Glasrohr langsam zu steigen. Dieser 

Effekt ist umso deutlicher zu erkennen, je kleiner der Durchmesser des Rohres ist. 

Erklärung 

Nach dem universellen Gasgesetz hängen die Größen Druck, Volumen und Temperatur 

eines Gases eng zusammen und erfüllen die Proportion p·V~T. Erhöht man also die 

Temperatur durch Wärmezufuhr, so erhöht sich auch der Druck und/oder das Volumen. In 

diesem Experiment dehnt sich das Gas zuerst aus, bis es an die untere Grenze des 

Glasrohres kommt und steigt dann in Form von kleinen Bläschen durch das Wasser auf. Im 

zweiten Teil wird das warme Gas im Kolben abgekühlt und mit der fallenden Temperatur 

fällt auch der Druck im Kolben. Das Gas drückt also weniger stark auf die Wasseroberfläche 

am unteren Rand des Glasrohres. Der Druck der Atmosphäre auf das Wasser 

bleibt natürlich unverändert und der resultierende Druck drückt das Wasser in das Rohr. 






84

Thermodynamik - ein nicht brennender Papierbecher 

Material 

Feuerzeug 

Papierbecher 

Wasser 


Der Papierbecher wird mit Wasser gefüllt. Anschließend wird versucht, den befüllten 

Becher von unten mit dem Feuerzeug zu entzünden. Solange man es auch versucht, der 

Becher beginnt nicht zu brennen. 

Erklärung 

Ist der Becher mit Wasser gefüllt, so ist die Innenseite des Bechers mit Wasser bedeckt, es 

entsteht eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen den Materialien, was den 

Wärmeaustausch begünstigt. Im Vergleich zum luftgefüllten Becher kommen auf die 

erhitzte Fläche sehr viel mehr Teilchen, die die Wärmeenergie abziehen können. Diese 

Wassermoleküle steigen auf, kühleres Wasser strömt nach. Die Hülle wird von innen 

gekühlt. Die Temperatur der Hülle stellt sich so ein, dass ein Gleichgewicht zwischen von 

der Kerzenflamme zugeführter Energie pro Zeiteinheit und vom Wasser aufgenommener 

Energie pro Zeiteinheit entsteht und diese reicht für eine Entzündung des Bechers nicht 

aus. Wasser hat eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität. Mit der Flamme kann nicht 

nur der Becher alleine erwärmt werden, sondern es muss auch das Wasser auf die 

Entzündungstemperatur des Bechers erwärmt werden (Entzündungstemperatur von Papier 

ca. 230 °C). Der Großteil der Energie wird also dazu verwendet, um das Wasser zu 

erwärmen, weshalb der Becher länger über der Flamme sein kann, ohne zu brennen. Erst 

wenn das Wasser vollständig verdampft ist, kann die Flamme den Becher entzünden. 







85

Thermodynamik - eine Spritze als Wasserkocher 

Material 

neue Einwegspritze (ca. 5 ml oder mehr) 

heißes Wasser 


In die Spritze wird heißes Wasser (min. 40ºC) ca. 2 - 3 cm hoch aufgezogen, dann dreht 

man die Spritze und presst eventuell eingeschlossene Luft wieder hinaus. Für den Versuch 

muss nun die Öffnung der Spritze dicht verschlossen gehalten werden. Dazu können die 

Finger verwendet werden, oder man verschließt die Spritze indem man den vordersten Teil 

kurz mit einer Flamme erwärmt und mit einer Zange zusammendrückt. Nun wird langsam 

aber kräftig an dem Kolben gezogen, und es kann eine Blasenbildung in der Flüssigkeit 

beobachtet werden. Nach einiger Zeit füllt sich eine kleine Kammer über dem Wasser mit 

einem Gas, das nur aus dem Wasser stammen kann und demnach aus Wasserdampf 

besteht. Lässt man den Kolben los, so wandert er wieder Richtung Flüssigkeit und der 

Wasserdampf verschwindet wieder. 

Erklärung 

Eine Flüssigkeit beginnt bei einem niedrigeren Umgebungsdruck eher zu sieden. Demnach 

hat man zwei Möglichkeiten eine Flüssigkeit zum Sieden zu bringen: Entweder man erhöht 

die Temperatur der Flüssigkeit, diese Möglichkeit macht man sich für gewöhnlich beim 

Kochen zu nutze oder man senkt den Umgebungsdruck, was hier in diesem Experiment 

passiert ist. Beim Ziehen am Kolben erhöht man das Volumen über der Flüssigkeit. Nach 

der idealen Gasgleichung sinkt mit steigendem Volumen eines Gases der Druck im Gas, 

welcher wiederum den Umgebungsdruck der Flüssigkeit ausmacht. Die Teilchen der 

Flüssigkeit können also leichter aus der Flüssigkeit ausbrechen, die Flüssigkeit siedet. 







86

Thermodynamik - Eis hat größeres Volumen als Wasser 

Material 

Tiefkühlfach 

leere Getränkedose oder Tablettenröhrchen 

Wasser 


Die Dose wird bis an den Rand mit Wasser gefüllt und in das Tiefkühlfach gestellt. Nach 

mehreren Stunden sollte das Wasser gefroren sein, und man kann die Dose wieder aus 

dem Kühlfach nehmen. Man sieht, wie etwas Eis aus der Dosenöffnung quillt. 

Erklärung 

Eis hat bei 0°C eine Dichte von 0,917 kg/dm³ Wasser aber 0,9982 kg/dm³30. Im 

Tiefkühlfach wird es kaum zu einer Verringerung der Masse auf Grund von Verdampfen 

oder Sublimieren kommen, die Masse des Wassers bleibt also unverändert. Demnach 

muss sich das Volumen vergrößern, was die ausgetretene Eisschicht an der Dosenöffnung 

erklärt. 

Wichtig: Der Versuch soll nicht mit einem Glasgefäß durchgeführt werden. Die 

Ausdehnung könnte zu Sprüngen oder gar zu Zerstörung des Gefäßes führen. Dieses 

Phänomen ist auch an den Frostbrüchen bei Gebäuden und Straßen im Winter schuld. 






87

Optik - Reflexion und Reflexionsgesetz 

Material 

Ein Stück Karton 

Kamm 

Taschenlampe 

Schere (Messer) 

Spiegel 


Schneide in den Karton ein Loch von zirka 2 cm Durchmesser und befestige darüber den 

Kamm. Die Zacken des Kamms sollen sich genau hinter dem Loch im Karton befinden, 

sodass das Licht der Taschenlampe, die sich auf der anderen Seite des Kartons befindet, 

in parallele Lichtstreifen aufteilt. Diese sollten auf einem Tisch zu sehen sein. Bringe nun 

einen Spiegel in einer gewissen Entfernung zum Karton an. Er muss schräg zu den 

Lichtstrahlen stehen. 

David Auer, Physikalische Freihandversuche aus Optik, Diplomarbeit, 

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Gernot Pottlacher, Institut für Experimentalphysik, Technische 

Universität Graz 2005 

http://physicbox.uni-graz.at/bibliothek/freihandversuche_optik.pdf 


88

Optik - Geometrische Optik, Brechung, Totalreflexion, Wasser als Lichtleiter 

Eine Dose mit einem Loch am unteren Teil des Mantels. 

Material 

Dose, Wasser, Taschenlampe, Bohrer 

Durchführung 

Bohre im unteren Teil des Mantels der Dose ein kleines Loch. Fülle anschließend die Dose 

mit Wasser, leuchte mit der Taschenlampe hinein und verdunkle den Raum. 

Beobachtung 

Das austretende Wasser erzeugt einen hellen Punkt. Das Bild zeigt den hellen Lichtfleck 

beim Auftreffen des Wassers auf den Untergrund. 

Erklärung 

Das Licht, das in das Wasser eindringt, wird an der Grenzschicht Wasser – Luft 

„totalreflektiert“ und so durch den schmalen Wasserstrahl nach außen transportiert. Es 

kann an der Stelle, an der das Wasser den Untergrund berührt ein heller Lichtfleck 

festgestellt werden, da dort keine Totalreflexion mehr stattfindet. 

Aus der seitlichen Ansicht ist der ganze Wasserstrahl sehr gut zu beobachten, da seine 

Oberfläche nicht ideal glatt ist. 






89

Optik – Wellenoptik, Beugung, Beugung an Wassertröpfchen 

Das Bild zeigt den Regenbogen der durch die Flüssigkeitstropfen des Geysirs entsteht 

Material 

Experimentierleuchte, Sammellinse, Wasserzerstäuber, Wasser 

Aufbau 

Die Experimentierleuchte soll so aufgebaut werden, dass das Licht auf die Sammellinse 

fällt. Anschließend befüllst du den Zerstäuber mit Wasser und sprühst in den Lichtstrahl, 

der durch die Sammellinse erzeugt wird. 

Beobachtung 

Durch das Besprühen des Lichtstrahls mit Wasser wird ein Regenbogen sichtbar. 

Erklärung 

Wird eine Regenwand von der unverhüllten Sonne beschienen und blickt man mit dem 

Rücken gegen die Sonne gewendet nach der Regenwand, so kann man einen 

Regenbogen beobachten. Die Lichtstrahlen treten in die Wassertröpfchen ein, werden an 

ihrer Rückseite ein- oder zweimal reflektiert und beim Austritt in die Spektralfarben zerlegt. 

Jene Strahlen, die nur einmal reflektiert werden, bilden den so genannten 

Hauptregenbogen, der Nebenregenbogen entsteht durch zweimalige Reflexion und 

anschließender Spektralzerlegung. Die Intensität des Nebenregenbogens ist wegen der 

zweimaligen Reflexion schwächer. Gelegentlich kann man innerhalb des 

Hauptregenbogens noch allmählich verblassende, rötliche und grünliche Ringe 

beobachten, die man als sekundäre Regenbögen bezeichnet. Diese und die Tatsache, 

dass die Farbfolge im Einzelnen bei jedem Regenbogen etwas anders ist, deuten darauf 

hin, dass neben der Dispersionserscheinung auch noch Interferenzeffekte hinzukommen, 

die zum Teil durch Beugung zwischen den Wassertröpfchen entstehen. 






90

Optik – Wellenoptik, Linsen, Wasserglas als Umkehrlinse 

Ohne durch das Wasser zu sehen, Blickt man durch das Wasser, 

zeigt der Pfeil nach links dreht sich der Pfeil um 

Material 

Zylindrisches Wasserglas (glatte Oberfläche), Wasser, weißes Blatt Papier, Filzstift 

Aufbau 

Zeichne auf das Blatt Papier einen waagrechten Pfeil, der ein wenig kleiner ist als das 

Wasserglas. Stelle das Blatt hinter das leere Wasserglas und fülle langsam Wasser ein, bis 

der Wasserstand im Glas höher ist als der Pfeil. Nun variiere den Abstand des Glases vom 

Blatt Papier bis ein scharfes Bild entsteht. 

Beobachtung 

Befindet sich kein Wasser im Glas siehst du den Pfeil in derselben Ausrichtung wie auf dem 

Blatt Papier. Wenn der Wasserstand höher ist als der Pfeil, kannst du sehen, dass sich der 

Pfeil umdreht. 

Erklärung 

Das mit Wasser gefüllte Glas wirkt als Umkehrlinse. Der Verlauf der Strahlen ist derselbe 

wie bei einer gewöhnlichen optischen Linse. (Der Mittelpunktstrahl durchläuft die Linse 

ungebrochen, Parallelstrahlen werden durch den gegenüberliegenden Brennpunkt 

gebrochen und Brennstrahlen werden so gebrochen, dass sie nach der Brechung parallel 

verlaufen). Folglich entsteht ein reelles, verkehrtes, Bild, das je nach Entfernung des 

Glases von dem Blatt Papier größer oder kleiner erscheint. 






91

Optik – Helligkeit messen 


Material 

Kerzen, Papier 


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Mathematik – Physik - Gradienten 

Im linken Bild siehst du eine klare, abrupte Grenze zwischen Schart und Weiß. Bei der 

rechten Darstellung ist der Übergang graduell, also ganz gleichmäßig, ohne erkennbare 

Zwischenschritte. Es gibt keine klare Grenzlinie zwischen Schwarz und Weiß, sondern 

einen Bereich, in dem Weiß weniger und Schwarz mehr wird und umgekehrt. 

Ein Gradient ist ein allmählicher Übergang mit keiner festen Grenze. Das ist wie wenn du 

einen Lautstärkeregler immer weiter nach links drehst, statt einen Knopf mit der Aufschrift 

„Ton aus“ zu drücken. Du merkst dann nur, dass die Musik immer leiser wird und 

irgendwann für dich nicht mehr hörbar ist. Auch Geschwindigkeit lässt sich graduell 

verändern, zum Beispiel, indem du beim Hochsprung zunächst langsam anläufst und dann 

vor dem Absprung schneller wirst oder wenn du mit dem Fahrrad nicht scharf bremst, 

sondern es langsam ausrollen lässt. 

Quelle: Sigrid Belzer: Die genialsten Erfindungen der Natur, Bionik für Kinder, Frankfurt am 

Main, 2010. 


93

Lötanleitung am Beispiel des Herrenfahrrads 

www.techlab.uni-hannover.de/attachment.php?id=231 

Lege die Einzelteile auf die aufgezeichnete Vorlage. 

Verlöte bis auf das Hinterrad alle Verbindungsstellen des Rahmens (inklusive Vorderrad) 

Bei Fahrrädern mit zwei Streben zum Hinterrad muss vor dem Löten noch an 

entsprechender Stelle ein Stück aus dem Rad herausgetrennt werden. Trenne den Draht 

des Hinterrades vor und hinter dem Rahmenteilstück durch. 

Versehe die Enden der beiden Hinterrad-Einzelteile mit Lötzinn. Hierfür eignet sich auch die 

Einspannvorrichtung! 


94

Löte nun das Hinterrad an den Rahmen. 

Löte den Lenker und den Sattel an das Fahrrad. Bei den antiken Fahrrädern sollte für das 

Anlöten des Sattels die Einspannvorrichtung verwendet werden. 

Fertig ist das Herrenfahrrad. 

Quelle: 

Leibniz Universität Hannover / TechLab 

www.techlab.uni-hannover.de/attachment.php?id=231 


95

Formelsalat 

Einheiten stehen jeweils in eckigen Klammern 

Weg [m] [Meter] 

Weg 

Zeit 

�m� �� s 

� 

Geschwindigkeit 

� 

Zeit 

Geschwindigkeit 

[ m / s] 

�� s 

�m� [ s] 

�m� � Beschleunigung 

[ s 

[ Meter] 

[ Sekunde] 

Masse * Beschleunigung = Kraft [Newton] F � m � a 

[kg] [m/s²] [N] 

Masse * Geschwindigkeit = Impuls I � m � v 

[kg] [m/s] [kg m/s] 

Kraft * Weg = Arbeit = Energie [Joule] E � F � x 

[N] [m] [Nm] [J] 


96 

2 

] 

[ Sekunde 

[ Meter] 

zum 

Quadrat] 

Energie [ J] 

� Leistung [ W] 

Zeit [ s] 

Verbrauch [J]= Leistung [W] * Zeit [s] 

(kwh werden bezahlt - 2010: Strom 0,23 €, Gas 0,07 €) 

Kraft [ N] 

[ Pa] 

[ Pascal] 

� 

Fläche [ m ] 

Druck 2 

Moment [ Nm] 

� Kraft [ N] 

�Hebelarm[ 

m] 

Leistung [W] = Moment [Nm] * Kreisfrequenz [1/s] 

(Drehzahl) 

Kraft [ N] 

e Spannung [ Pa] 

� 

Fläche [ m ] 

mechanisch 2

Impuls 

Zeit 

Masse ⋅ Geschwindigkeit 

= Kraft � Impulsbilanz: = Kraft 

Zeit 

2 

[m ] Energie [ J] 

spezifische Energie = 2 

[ s ] Masse [ Kg] 

Elektrische Leistung= elektrischer Strom * elektrische Spannung 

[W] = [VA] [A] [Ampere] [V] [Volt] 

Eine Anzahl von freiwilligen Schülern werden heute ihr persönliches Leistungsvermögen 

testen/ermitteln. 

Die Schüler laufen die Treppe einzeln von unten (EG) bis in das 2. OG . Wir stoppen genau 

die Zeit. 

Wie rechnet man die LEISTUNG aus? 

Schüler 1 Schüler 2 Schüler 3 Schüler 4 Schüler 5 

Körpergewicht in "kg" : 50 45 

Höhenunterschied "h" : 7 7 

Zeit in s : 12 10 

Leistung "P" in Watt : 292 315 

"Rang" : 2 1 

Versuche die Formel für die Leistung zu bestimmen, hangele dich an den Einheiten der 

Formeln entlang. Als Beschleunigung muss die Erdbeschleunigung ins Spiel gebracht 

werden. 


97

Empfehlung 

Zu folgenden Themen sind bei der Firma EMS vollständige Experimentierkästen zu 

moderaten Preisen erhältlich (http://www.ems-kraus.de/) 

Wasser I 

Kapillarwirkung 

Adhäsion 

Oberflächenspannung 

Löslichkeit 

Wasser II 

Auftrieb 

Dichte 

Druck der Wassersäule 

Löslichkeit 

Schall 

Schallentstehung 

-weiterleitung 

-dämpfung 

-bündelung 

-reflexion 

Luft 

Luft ist nicht Nichts“ 

Luftdruck 

Strömende Luft 

Wärmeausdehnung 

Zu den Experimentierkästen gehören Anleitungskarten für die Schüler und je ein 

Begleitheft! 


98

PDF, 2,54 MB - Fachhochschule Düsseldorf

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