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WISSENSCHAFTLICHES LABOR FÜR KINDER
Wie das Wasser gezwungen wurde, nach oben zu fließen. Wissenschaftliches Kinderlabor
Verzeichnis / Wissenschaftliches Kinderlabor Alte arabische Manuskripte erzählten uns die Geschichte der erstaunlichen Schöpfungen des antiken Erfinders Heron von Alexandria. Eine davon ist eine wunderschöne Wunderschale im Tempel, aus der eine Quelle floss. Nirgendwo waren Versorgungsleitungen zu sehen und im Inneren befanden sich keine mechanischen Geräte. Woher kam das Wasser? Warum ist es nach oben geschossen?! Selbst ein moderner Mensch wäre überrascht. Dies widerspricht schließlich dem Gesetz der Schwerkraft! Aber man konnte den Ur-Ur-Ur-Enkel des Heron-Brunnens kürzlich auf einer Ausstellung über die wissenschaftliche und technische Kreativität junger Menschen sehen. Zu den Exponaten gehörte ein Gefäß, das einer antiken Schale sehr ähnlich war. Es spritzte auch Wasser. Das Gefäß konnte angefasst, hochgehoben werden... Doch wie und woher die Quelle sprudelte, blieb ein Geheimnis. Wunder? - Nein, - antwortete der Autor des Spielzeugs Viktor Zhigunov. Und er erklärte uns das Wirkprinzip am einfachsten Modell. Nehmen Sie ein etwa 400 mm langes Rohr, stecken Sie zwei dichte Gummistopfen hinein und in die Stopfen Stücke eines Kugelschreibers, wie in Abbildung 1 gezeigt. Drehen Sie dann das Rohr um und füllen Sie den Raum zwischen den Stopfen mit Wasser. Nachdem Sie alles wieder in seine ursprüngliche Position gebracht haben, tauchen Sie das Gerät senkrecht in ein mit Wasser gefülltes Bad. Und Sie werden sehen, wie ein Wasserstrahl von der oberen Stange auftrifft. Warum? Die Lösung ist einfach. Das Wasser im Bad drückt auf die Luft unter den Stopfen und diese wiederum auf das dazwischen gefüllte Wasser und drückt es heraus. Hier ist die Erklärung von Herons Geheimnis!
Sie fragen sich: Was ließ das Wasser sprudeln, als keine Kraft auf Herons Schiff ausgeübt wurde und es nicht in Wasser getaucht war? Bauen wir ein weiteres Modell – eine Springbrunnenmaschine. Nehmen Sie bunte Plastikwürfel (bei vielen von Ihnen liegen sie herum). Verbinden Sie sie wie in Abbildung 2 gezeigt und befestigen Sie sie am Drahtrahmen. Stechen Sie mit einem heißen Nagel Löcher in die Würfel. Führen Sie die von den Elektrokabeln entfernten Gummi- oder Kunststoffschlauchgeflechte hinein. Es ist wünschenswert, dass ihr Innendurchmesser 2-3 mm nicht überschreitet. Achten Sie darauf, dass bei den Würfeln einige Röhrchen fast den Boden berühren, andere fast die Oberseite. Alle Verbindungen müssen dicht sein. Nehmen Sie eine „Schüssel“ von einem geeigneten kaputten Spielzeug oder schneiden Sie sie aus der Schale eines alten Gummiballs und die Spitze eines Kugelschreibers. Der Brunnen ist fertig. Jetzt muss es geladen werden. Gießen Sie das Wasser nach und nach in die Schüssel. Das Wasser wird nach und nach in den unteren linken Würfel überlaufen. Drehen Sie Ihr Gerät nach dem Befüllen um – Wasser fließt in den oberen Würfel. Nochmals umdrehen und Wasser in die Schüssel geben. Wiederholen Sie den Vorgang immer wieder, bis alle oberen Würfel gefüllt sind. Jetzt wird der Brunnen schlagen. Wenn der Akku leer ist, drehen Sie das Gerät um 180° – es wird aufgeladen und der Vorgang wiederholt sich. Das Funktionsprinzip eines solchen Geräts ist nicht schwer zu verstehen. In diesem Experiment wird Wasser in einigen Würfeln auf eine bestimmte Höhe im Verhältnis zu anderen Ebenen angehoben. Viktor Schigunow war nicht der Einzige, der versuchte, ein funktionierendes Modell des Reiherbrunnens zu bauen. In den USA arbeitete der Erfinder John Folkis an demselben Problem. Abbildung 3 zeigt das von ihm entwickelte Arbeitsmodell. Es besteht aus organischem Glas, sodass Sie durch die transparenten Wände sehen können, wo und wie das Wasser fließt. In Abbildung 3a ist der Brunnen betriebsbereit. Unter dem Einfluss der Schwerkraft fließt Wasser aus dem oberen Fach in das untere. Dort wird die Luft nach und nach komprimiert und beginnt, Druck auf die Flüssigkeit im mittleren Fach auszuüben – schließlich kommunizieren sie miteinander. Dadurch steigt die Flüssigkeit durch das Düsenrohr auf und beginnt aus diesem herauszusprudeln (Abbildung 3b). Dies wird so lange fortgesetzt, bis der Wasserstand im mittleren Fach auf die Markierung sinkt, bei der das Wasser nur noch das untere Ende der Spitze berührt (Abbildung 3c). Um das Gerät nun in Betrieb zu nehmen, muss es erneut „aufgeladen“ werden – um das Wasser in den Fächern neu zu verteilen. Es wird um 180° gedreht und alles wiederholt sich, nur in umgekehrter Reihenfolge (Abbildung 3d, e und f). Der amerikanische Erfinder stellte ein weiteres merkwürdiges Spielzeug nach einem ähnlichen Prinzip her, bei dem er ein Wasserrad verwendete. Wasser (siehe Abb. 4), das aus dem Rohr überläuft, versetzt es in Rotation. Für viele, die dieses Spielzeug zum ersten Mal sehen, scheint es, als hätten sie ein Perpetuum Mobile vor sich. Aber jetzt wird es Ihnen nicht schwer fallen, seine Funktionsweise zu erklären. Der Reiherbrunnen, die Geräte von Zhigunov und Folkis – können sie uns nur mit lustigen Tricks überraschen? Viktor Zhigunov glaubt, dass solche Designs durchaus ernsthafte industrielle Anwendungen haben können. Mit dem Heron-Prinzip ist es beispielsweise möglich, leistungsstarke kontinuierliche Pumpeinheiten zu schaffen, die Wasser auf eine Höhe von mehreren Metern heben können, ohne ein Gramm Kohle oder Benzin oder ein Watt elektrische Energie zu verbrauchen. Wie das gelingen kann, zeigt Abbildung 5 anschaulich. Quer über den Fluss wird ein Damm errichtet, dessen Oberkante leicht unter dem Wasserspiegel liegt. Über den Rand überlaufendes Wasser fällt auf den Rotor, der wie bei einem unserer Modelle aus mehreren großen, durch Rohre verbundenen Fässern zusammengesetzt ist, und dreht ihn. Auf einen Damm kann man aber ganz verzichten, wenn der gleiche Rotor, wie in Abbildung 6 dargestellt, im untergetauchten Zustand auf einer Welle rotiert. Ein System aus in Reihe geschalteten Fässern saugt abwechselnd Luft oder Wasser an und hebt es an. So kann die freie Energie des Flusses Wasser für die Bewässerung von Gärten und Obstgärten liefern, Bewässerungssysteme speisen und für andere industrielle Zwecke ohne Zwischenwandler genutzt werden. Versuchen Sie, den Rat eines alten Handwerkers und seiner Anhänger – unserer Zeitgenossen – zu befolgen. Autor: V.Aleshkin
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