Lernen im All: Wie funktioniert der Kapillareffekt?
Im Weltraum funktionieren viele Dinge anders, aber nicht immer. Zum Beispiel die Bewegung von Flüssigkeit in feinen Röhren. Die Schwerkraft hat mit dieser Kapillarwirkung zu tun, aber was genau? Schüler können dies mit Hilfe des „Bringen Sie Ihre Klasse in den Weltraum“ -Sets jetzt herausfinden..
2008 hat die ESA Lehrer aus ganz Europa eingeladen, zu überlegen, wie sie die Internationale Raumstation (ISS) nutzen können, um Schülern den Effekt der Schwerelosigkeit zu erklären. Die Vorschläge mussten sowohl den Sicherheitsanforderungen auf der ISS als auch den strikten Gewichtsvorgaben standhalten und leicht im All und in den Schulen auszuführen sein. Schüler aller Jahrgangsstufen weiterführender Schulen, sollten daran teilnehmen können. Die vorgeschlagenen Curriculumsthemen reichten von Physik über Biowissenschaften und Kunst bis zur Technik.
Die zwei ausgewählten Experimente wurden 2009 von ESA Astronaut Frank De Winne während seines sechsmonatigen Aufenthalts an Bord der ISS durchgeführt.
Experimente im All und am Boden
Das erste Experiment, das von Theodoros Pierratos aus Griechenland, Anicet Cosialls aus Spanien und Mieke Recour aus Belgien vorgeschlagen wurde, bestand darin, die Masse eines Objektes im All zu berechnen, indem man seine Schwingungen an einer Feder misst. Es wurde per Live Verbindung zur ISS im letzten September durchgeführt. Dieser Versuch machte den Unterschied zwischen den Konzepten von Gewicht und Masse sehr deutlich.
Das zweite Experiment des belgischen Lehrers Jef Luyten und seines italienischen Kollegen Luigi Lombardo drehte sich um den Kapillareffekt. Hier auf der Erde kann man die Kapillarwirkung in feinen, mit Flüssigkeit gefüllten Röhren beobachten: die Oberflächenspannung zieht die Flüssigkeitssäule aufwärts bis eine ausreichende Masse an Flüssigkeit vorhanden ist und die Schwerkraft aufgrund der zwischenmolekularen Kräfte überwunden wird. Sobald die Masse der Flüssigkeitssäule proportional zum Quadrat des Röhrenumfangs steht, wird eine enge Röhre eine höhere Flüssigkeitssäule erzeugen als eine weite. Beispiel: Taucht man ein Glasröhrchen senkrecht in Wasser, steigt das Wasser in der engen Glasröhre ein Stück gegen die Gravitationskraft nach oben.
In einem aktuellen Video demonstriert Frank De Winne diese Kapillarbewegung.
Selber machen!
Die Videos sind ein wichtiger Teil des „Bringen Sie Ihre Klasse in den Weltraum“ Programms, da Frank De Winne die Experimente mit einem annähernd identischem Experimentier-Set durchgeführt hat, wie Sie es nun für Ihre Klasse bestellen können.
Das Set kann online bestellt werden (siehe Link auf der rechten Seite). Es enthält alle notwendigen Teile um die gleichen Experimente am Boden durchzuführen. Damit ist es Schülern weiterführender Schulen (14 bis 18 Jahre) möglich, ihre Ergebnisse mit denen der von Frank De Winne an Bord der ISS durchgeführten Experimente zu vergleichen.
Die Sets werden kostenlos nach Eingang der Bestellung an europäische Lehrerinnen und Lehrer verteilt. Die Experimente sind allerdings auch ohne das Experimentier-Set, mit den üblichen Geräten eines Physiksaals durchführbar. Die von europäischen Lehrern verfassten didaktischen Leitfäden können heruntergeladen werden (siehe rechte Seite). Sie sind erhältlich in Deutsch, Englisch, Französisch, Niederländisch, Griechisch und Spanisch.
Der Leitfäden enthält Schritt-für-Schritt Anleitungen, Übungen, Fragen und Einführungen zu ESA und der internationale Raumstation.
Die Videos zu den zwei Experimenten können hier angesehen bzw. heruntergeladen werden:
