Wer frisst wen? (Oberflächenspannung)

Tolles Thema, was viele Phänomene erklären kann.

Was brauchst Du?

zwei Luftballons, ein Stück Schlauch und Klebeband.

Durchführung

• Ziehe einen Luftballon über ein Schlauchende und klebe die “Nahtstelle” luftdicht ab,
• Luftballon am Schlauch richtig schön aufpusten und verdrillen (Luft bleibt dann auch ohne Knoten drin),
• den zweiten Ballon nur ein wenig aufblasen und verdrillen,
• stülpe dann den Hals des kleinen Ballons auf das freie Schlauchende.
• verkleben oder einfach zuhalten.
• Nun bei beiden Luftballons die “Drillung” lösen.

Super einfacher Versuch mit viel Effekt. Ihr könnt danach auch ein wenig rumspielen, z.b. die Luft wieder zurückdrücken, Luft gegen Wasser austauschen, oder oder oder…..

Erklärung

Die sogenannte Oberflächenspannung exisitiert überall, wo sich eine Grenzschicht bildet. Das kann die Grenzschicht Wasser-Luft sein, oder Öl-Wasser oder Dreck-Luft, usw.

Der Luftballon stellt nun einen Wassertropfen dar. Die Ballonhülle sind dabei alle Wasserteilchen an der Oberfläche und die Luft innendrin sind der “restliche” Wassertropfen. Aus dem Versuch “Sandschlange” wisst Ihr vielleicht noch, dass die Wasserteilchen sich immer gerne aneinander festhalten. Das geht in dem Tropfen auch ganz prima. Jedes Teilchen kann seinen Nachbarn festhalten und wird auch noch von oben und unten “gedrückt” oder “gezogen”. Auf jeden Fall bringt es nach allen Seiten gleichviel Kraft auf.  Die armen Teilchen an der Oberfläche haben aber ein Problem: von Oben möchte niemand festgehalten werden oder sie selbst festhalten. Damit sie aber auch all Ihre Kraft verbrauchen, haben sie eine stärkere Bindung nach innen. Daher krümmt sich die Oberfläche von Wasser, sobald es wenig genug ist, dass es einen Tropfen ergibt. Dieses stärkere Festhalten der Wasserteilchen, die im Tropfen sitzen ist die Oberflächenspannung.

Liegen nun 2 Tropfen nebeneinander und können sich berühren, wie auch hier in unserem Versuch gezeigt, geschieht etwas Besonderes. Das Wasser wandert vom kleinen Tropfen in den Großen. Im kleinen Ballon sind wesentlich weniger Wasserteilchen als im Großen, aber auf der Oberfläche sitzen mehr Wasserteilchen. Klingt paradox, hat aber etwas mit dem sogenannten Oberflächen-Volumenverhältniss zu tun. Volumen ist ja der Rauminhalt eines Körpers. Zähle ich nun die Teilchen auf der Oberfläche und die Teilchen im Inneren, dann weiß ich wieviele Innenteilchen auf ein Außenteilchen kommen. Bei großen Körpern (dicken Luftballons) sind das viele Innenteilchen auf ein Außenteilchen und beim kleinen Tropfen (kleiner Ballon) wenig Innenteilchen auf ein Außenteilchen. Das heißt, dass die Innenteilchen der Kraft der Außenteilchen nicht viel entgegenzusetzen haben. Sie können nicht mehr faulenzen und fliehen daher vom kleinen Tropfen in den großen Tropfen.

Beispiele aus der Technik sind z.b. Kristallwachstum, Seifenlaufen,….