Allein durch den Luftdruck bringt man in diesem Experiment eine Dose zur Implosion. Die implodierende Dose zeigt auf beeindruckende Art und Weise die ungeheure Kraft des Luftdrucks. Außerdem hat man einen schönen Knalleffekt. Den Versuch gibt es auch in „Groß“ und mit Video: Statt einer Dose wurde an der Universität von Minnesota ein Fass für diesen Versuch verwendet. (Mehr Experimente mit Wasser).
Was wird gebraucht?
- eine leere Getränkedose
- Herdplatte, Gas- oder Kerzenflamme
- Wasser
- eine Grillzange, um die heiße Dose anzufassen
- eine Schale mit kaltem Wasser (am besten mit Eiswürfeln)
Was ist zu tun?
Man fülle die Dose etwa einen Zentimeter hoch mit Wasser (das entspricht vier bis fünf Esslöffeln) und stelle sie bei mittlerer Hitze auf eine Herdplatte oder halte sie über eine Kerzenflamme. Vorsicht: Die Dose wird dabei sehr heiß!
Man lässt das Wasser kurz kochen, nimmt dann die Dose mit der Zange, dreht sie schnell um und stellt sie kopfüber in die Schale mit kaltem Wasser (siehe Foto). Die Dose implodiert fast augenblicklich mit einem lauten Knall.
Was ist geschehen?
Erhitzt man das Wasser, verdrängt der entstehende Wasserdampf die Luft in der Dose. Kühlt man nun die Dose ab, so kondensiert das Wasser und es entsteht ein Vakuum. Infolgedessen zerquetscht der die Dose umgebende Luftdruck diese. Wie beim Experiment Kerzenaufzug steigt auch ein wenig Wasser auf.
Eine besondere Rolle spielt dabei auch der Wasserdampf, denn Wasserdampf benötigt fast 1,7-mal so viel Raum wie Wasser. Dadurch lassen sich extrem hohe Drücke erzeugen, die man sich zu praktischen Zwecken nutzbar machen kann. Dies sieht man am Beispiel der Dampfmaschine.
Beim Experiment mit der implodierenden Dose verdrängt der Wasserdampf zuerst die Luft aus der Dose, dann kondensiert der Wasserdampf zu Wasser und benötigt plötzlich viel weniger Platz als der Wasserdampf. Da ein Großteil der Luft aus der Dose entwichen ist und keine neue Luft nachströmen kann, kommt es zur Implosion.
Dieses Phänomen im Alltag
Druckunterschiede gehen mit starken Kräften einher. Dies ist auch der Grund, warum im Flugzeug der Innendruck der Kabine nach dem Start abgesenkt wird. Nur so lässt sich verhindern, dass die Kräfte auf den Flugzeugrumpf zu groß werden.
Ansonsten lässt sich die Kraft von Luftdruck auch prima an Saugnäpfen erfahren und die gibt es überall – nicht nur im Haushalt. In der Natur sind sie weitverbreitet – Kraken und Schnecken sind sicher die bekanntesten Beispiele. Aber genauso kommen sie in vielen technischen Anwendungen zum Einsatz. Ein Saugnapf hält, weil zwischen ihm und der Oberfläche, an der er haftet, ein Unterdruck herrscht.
Von der implodierenden Dose zur Dampfmaschine
Bei der Dampfmaschine macht man sich das Phänomen zunutze, dass Wasserdampf ungefähr 1,7 Mal so viel Platz benötigt wie Wasser. Ein tolles Dampfmaschinen-Modell zum selber Bauen ist zum Beispiel hier zu finden: Dampfmaschine von Astromedia. Dehnt sich der Wasserdampf in dieser Dampfmaschine aus, so wird er in den Motor geleitet. Dort befindet sich ein Zylinder mit einem Kolben. Der Kolben wird durch den Wasserdampf nach oben gedrückt und stößt dadurch ein Schwungrad an. Da das Schwungrad fest mit dem Kolben verbunden ist, sorgt es bei jeder Umdrehung dafür, dass sich der Kolben in seine Ausgangsposition zurückbewegt. Ist dies der Fall, wird der Wasserdampf aus dem Zylinder herausgedrückt und bei der Astromedia-Dampfmaschine über einen Kamin abgeleitet (zurück in den Dampfkessel kann der Dampf nicht, denn dort herrscht ein viel zu hoher Druck). Danach beginnt der Prozess von Neuem.
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Quelle:
Schlichting, H.J.: Implodierende Getränkedose. Naturwissenschaften im Unterricht – Physik 39/10, 18 (1991)
