Kommunizierende Röhren
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| Publikation: | 1.1.1997 | ||
| Lernstufe: | 3 | ||
| Übersicht: | Diese Unterrichtseinheit befasst sich mit der Frage: "Woher kommt das Leitungswasser?" | ||
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Kenntnisse:
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| Wortschatz: | waagerecht, horizontal, freie Oberfläche | ||
| Dauer: | ca. 1,5 Stunden | ||
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris | ||
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Schwierigkeiten für die Schüler
Dass sich die freien Oberflächen zweier kommunizierender Röhren in der gleichen waagerechten Ebene befinden, setzt voraus, dass das Wasser im Schlauch, der die beiden Röhren verbindet, fließen kann. Für die meisten Schüler ist das schwer zu begreifen, für sie "kann das Wasser nicht von allein im Rohr aufsteigen".
1. Unterrichtsstunde
Diese Unterrichtsstunde kann man (notfalls) mit einem einzigen Versuchsaufbau durchführen. Günstiger ist es jedoch, einen Aufbau pro Dreier- oder Vierergruppe zu haben (in diesem Fall ist es am besten, auf dem Schulhof zu arbeiten).
Vorstellung des Versuchsaufbaus
Der Lehrer stellt den Schülern die Versuchsanordnung vor, achtet darauf, dass jeder die mit A und B gekennzeichneten Röhren findet (durch ein Etikett können Verwechslungen vermieden werden) und er weist darauf hin, dass diese Versuchsanordnung auf den drei ersten Skizzen des Arbeitsblattes, das jedem Schüler ausgehändigt wurde, dargestellt ist. Dort sind allerdings noch keine Wasserstände eingezeichnet.
Dieses Arbeitsblatt wird ins Versuchsheft geklebt und dann Schritt für Schritt im Laufe der Versuche mit den Vorhersagen der Schüler ergänzt.
Pädagogische Vorgehensweise
Sie ist für alle vier folgenden Versuche gleich. Der durchzuführende Versuch wird mit Hilfe der entsprechenden Zeichnung vorgestellt. "Ihr gießt Wasser in die Röhre A, wie auf der Zeichnung für den Versuch 1 abgebildet. Was wird wohl passieren? Zeichnet den Wasserstand in der Versuchsanordnung."
Nachdem jeder Schüler seine Vorhersage im Versuchsheft notiert hat, werden die verschiedenen Vorhersagen gegenübergestellt. Jeder Schüler kann dabei argumentieren, ohne die verschiedenen Vorhersagen zu bewerten.
Der Lehrer fordert die Schüler nun auf, den Versuch durchzuführen. Er fragt nach dem Ergebnis und ob alle einer Meinung sind. Wieder findet eine Gegenüberstellung statt, und die Ergebnisse werden mit den anfänglichen, im Versuchsheft aufgezeichneten Vorhersagen verglichen. Dann bittet der Lehrer die Schüler, das beobachtete Versuchsergebnis zu formulieren.
Die Wiederholung dieser Vorgehensweise für jeden der vier Versuche konfrontiert die Schüler mit den anfangs erwähnten konzeptuellen Schwierigkeiten. Im vierten Versuch können sich die Kinder nur schwer vorstellen, dass das Wasser "allein" bis zum Wasserstand des Wassers in Röhre A aufsteigen kann (Prinzip einer Fontäne).
Abb. 1: Beispiel für ein ausgefülltes Arbeitsblatt
Durch die Debatte vor und nach dem Experimentieren sollen die Schüler diese Schwierigkeiten allmählich überwinden, indem sie ihre Prognosen und ihre Argumente denen ihrer Mitschüler gegenüberstellen. Am Ende dieser Diskussionsphase unter den Schülern wird unter Anleitung des Lehrers gemeinsam das schriftliche Protokoll erarbeitet.
Unterrichtsstunden 2: Untersuchung eines technischen Gegenstandes
Es gibt verschiedene Geräte, die die Eigenschaft kommunizierender Röhren ausnutzen. Sie können Gegenstand einer Aktivität sein, bei der die erworbenen Kenntnisse erneut angewandt werden. Man kann zum Beispiel:
- eine konkrete Frage "technisch" beantworten: "Wie kann man ein kleines aufblasbares Schwimmbecken leeren?",
- ein komplizierteres Gerät, z. B. eine Wasserwaage mit Libelle (auch Maurerwaage) entwickeln und bauen.
Abb. 2: Wasserwaage
Nach dem Bau, und vor dem ersten Gebrauch, muss die Wasserwaage auf eine waagerechte Fläche gelegt werden und die Position der Blase durch zwei Striche markiert werden (mit einem Filzstift oder mit farbigem Klebeband). Anschließend muss man lediglich die Wasserwaage auf eine Fläche mit unbekannter Neigung legen und die Position der Luftblase mit den beiden Strichen vergleichen.
Abb. 3: Schlauchwaage
Mit der Schlauchwaage wird überprüft, ob sich zwei Oberflächen, die mehrere Meter auseinanderliegen, in der gleichen waagerechten Ebene befinden. Dabei wird das Prinzip kommunizierender Röhren ausgenutzt: Die freien Oberflächen der beiden Gefäße befinden sich in der gleichen waagerechten Ebene.
Material
- Ein Satz des nachstehend dargestellten Materials für jede Schülergruppe. Dieser Versuch kann von den Schülern aufgebaut werden, nachdem sich die Klasse auf einen geeigneten Versuchsaufbau geeinigt hat.
- Zwei durchsichtige Plastikflaschen, deren unteres Drittel abgeschnitten wurde und die durch einen flexiblen, ebenfalls durchsichtigen Schlauch (Gartenschlauch mit einem Innendurchmesser von 19 mm) verbunden sind. Um den Schlauch leichter in den Flaschenhals einführen zu können, kann man ihn mit heißem Wasser weich machen. Falls erforderlich, kann zum Abdichten Teflonband oder Zweikomponentenkleber verwendet werden.
Abb. 4: Zwei Plastikflaschenhälften, die durch einen Schlauch verbunden sind
- Eine Wanne, in die 3 bis 4 Liter Wasser passen und ein Krug, um dieses Wasser in die Versuchsanordnung zu gießen.
- Eine Kopie des Arbeitsblattes für jeden Schüler mit den schematischen Abbildungen der vier Versuche, auf das er seine Prognosen festhält (siehe Beispiel für ein ausgefülltes Blatt weiter oben).
Achtung: Im vierten Versuch (bei dem die Röhre B entfernt wird) muss unbedingt der Durchmesser der Schlauchöffnung verringert werden (mit Hilfe eines durchbohrten Korkens zum Beispiel), damit man eine richtige Fontäne erhält. Die Kinder müssen außerdem ausreichend Zeit haben, um zu beobachten, dass der Strahl bis zum Niveau der freien Oberfläche des Wassers in Röhre A steigt.
Letzte Aktualisierung: 29.11.2023
