Wasser-Spüli-Motorboot

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Spirale im Wasser - Physik Freihandversuch zur OberflächenspannungEin Boot aus Moosgummi wird mit Spüli angetrieben. Derselbe Trick funktioniert auch mit einer Spirale, die man sich selber basteln kann. Dies ist ein Experiment, das sich gerade mit kleinen Kindern besonders gut machen lässt. (Mehr Experimente mit Wasser)

Was wird gebraucht?

  • eine Schale mit Wasser
  • Moosgummi (im Bastelladen erhältlich; man kann aber auch Pappe oder Folie verwenden)
  • Spülmittel
  • ein Zahnstocher oder ein anderer spitzer Gegenstand

Was ist zu tun?

Aus dem Moosgummi schneide man eine Spirale und ein Dreieck aus; Letzteres nehme man und lege es in die Schale mit Wasser. Dann tauche man die Spitze des Zahnstochers in Spülmittel und halte sie hinter dem Dreieck in das Wasser.
Im zweiten Teil des Versuches legt man die Spirale in das Wasser und hält den in Spüli getauchten Zahnstocher in die Mitte der Spirale. Falls der Versuch nicht mehr funktioniert, befindet sich bereits zu viel Spülmittel im Wasser, dann muss man das Wasser wechseln.

Was ist geschehen?

Gibt man hinter das „Boot“, also unser Moosgummi-Dreieck, und in die Mitte der Spirale etwas Spülmittel, saust das Boot davon und die Spirale beginnt sich zu drehen. Der Grund: Das Spülmittel zerstört die Oberflächenspannung des Wassers, es reißt quasi ein Loch in die Wasserhaut. Das Wasser wiederum versucht seine Oberfläche zu minimieren, zieht sich zurück und das Boot dabei mit. Das funktioniert auch deshalb so gut, weil zwischen Wasser und Moosgummi ebenfalls gewisse Haftkräfte wirken. So wird das Boot nach vorne gezogen. Bei der Spirale ist die Sache etwas komplizierter. Man kann jedoch sagen, dass diese durch das sich zurückziehende Wasser einen Rückstoß erfährt.

Um dies zu verstehen, muss man etwas weiter ausholen: Die Oberflächenspannung des Wassers entsteht, weil sich Wassermoleküle gegenseitig anziehen. Für ein Molekül im Inneren des Wassers wirken diese Anziehungskräfte von allen Seiten – oben, unten, rechts und links. An den Molekülen der Wasseroberfläche wird jedoch nur von unten und der Seite gezogen, sodass die oberste Wasserschicht eine besondere Stabilität besitzt und wie eine Haut auf dem Wasser liegt. Da diese Haut unter Spannung steht, ist das Wasser immer bestrebt, seine Oberfläche möglichst klein zu halten.

Spülmittel wie auch Seifen wiederum bestehen aus sogenannten Tensiden. Ihre Moleküle besitzen einen wasserliebenden und einen wasserabweisenden Anteil. Gibt man Spüli auf Wasser, so wendet sich der wasserliebende Teil den Wassermolekülen zu und drängt sich zwischen sie. Der Rest des Tensidmoleküls schaut aus dem Wasser heraus. Erst wenn an der Wasseroberfläche kein Platz mehr ist, verteilen sich die Tenside auch im Wasser.

Dieses Phänomen im Alltag und die Physik der Seifenblase

Der wohl schönste Aspekt der Oberflächenspannung von Wasser sind sicherlich Schaum und Seifenblasen. Eine Seifenblase ist nichts anderes als eine dünne Wasserschicht, an dessen Außen- und Innenseite jeweils ein Seifenfilm anliegt. Die wasserliebenden Anteile der Seife sind dem Wasser zugewandt, der Rest hängt in der Luft. Durch die Seife wird die Oberflächenspannung des Wassers so weit verringert, dass die Blasen ausreichend Stabilität erhalten. Rührt man Seifenblasenflüssigkeit mit zu wenig Seife an, so ist die Oberflächenspannung zu hoch und die Blasen platzen sofort. Die Seifenmoleküle verhindern außerdem, dass das Wasser zu schnell verdunstet, denn Austrocknen ist der Tod der Seifenblase. Wer schon einmal an einem regnerischen Tag Seifenblasen gemacht hat, weiß, dass diese bei hoher Luftfeuchtigkeit besonders lange leben. Nebel oder Nieselregen ist ideales Seifenblasenwetter.

Oberflächenspannung ist auch der Grund, weshalb ein Wasserhahn tropft und nicht einfach im dünnen Strahl läuft. Wasser ist immer bestrebt, seine Oberfläche möglichst klein zu halten, und bildet daher einen Tropfen. Wenn so viel Wasser an der Hahnöffnung hängt, dass die Gewichtskraft, die den Wassertropfen nach unten zieht, größer ist, als die Haftkräfte, die das Wasser am Wasserhahn halten, fällt der Tropfen.

Spült man fettiges Geschirr mit Spülmittel, so halten die Tensidmoleküle ihren wasserabweisenden Teil in das Fett hinein, während der wasserliebende Teil im Wasser bleibt. Ist ein Fetttröpfchen ganz von einer Tensidschicht umgeben, lässt es sich leicht wegspülen.

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