Auch wenn wir selten darüber nachdenken, umgibt uns die Luft jederzeit und übt eine Kraft auf jeden Zentimeter unseres Körpers aus. Diese Kraft, die als Luftdruck bekannt ist, ist eines der wichtigsten Themen in der Wissenschaft, da sie das Wettergeschehen, das Fliegen von Flugzeugen und eine Vielzahl anderer Wunder erklärt. Für den Fall, dass Sie Kindern etwas über Luftdruck beibringen wollen, haben wir eine Erklärung der Grundlagen und einige einfache, lustige und fesselnde Experimente zusammengestellt, um die Kraft dieses natürlichen Phänomens zu demonstrieren.

Was ist Luftdruck?

Der Begriff „Luftdruck“ bezieht sich auf das Gewicht der Luftmoleküle, die auf die Erde drücken. Auf Meereshöhe beträgt der Luftdruck im Allgemeinen 14,7 psi (pounds per square inch), was bedeutet, dass 14,7 Pfund auf jeden Quadratzentimeter unseres Körpers drücken. Der Grund, warum wir unseren Körper noch frei bewegen können, ist, dass die Luft in alle Richtungen Druck auf uns ausübt, und der Grund, warum wir nicht erdrückt werden, ist, dass der Luftdruck in unserem Körper derselbe ist: Wenn Luft wärmer wird, dehnt sie sich aus. Diese Ausdehnung bewirkt, dass die Dichte der Luft abnimmt, was zu einem niedrigeren Druck führt. Wenn die Luft kälter wird, schrumpft sie dagegen. Dieses Schrumpfen bewirkt, dass die Luft dichter wird, was zu einem höheren Druck führt. Dieses Phänomen ist der Grund, warum Gebiete in der Nähe des Äquators, in denen es heiß ist, im Allgemeinen einen niedrigen Luftdruck haben, während Gebiete in der Nähe des Nord- und Südpols, in denen es kalt ist, einen hohen Luftdruck haben.

Höhenlage: Je höher man sich über dem Meeresspiegel befindet, desto weniger dicht ist die Luft. Da weniger dichte Luft weniger wiegt, erzeugt sie einen geringeren Luftdruck, weshalb es auf einem hohen Berg schwer sein kann, zu atmen. Das erklärt auch, warum es in den Ohren knallt, wenn man mit dem Auto einen Berg hinauf- oder hinunterfährt: Im Innenohr ist Luft eingeschlossen, und wenn der Luftdruck draußen sinkt, drückt die im Ohr eingeschlossene Luft das Trommelfell nach außen. Diese Ausdehnung ist die Ursache für den „Knall“.

Luftfeuchtigkeit: Der Feuchtigkeitsgehalt der Luft wirkt sich auch auf die Dichte der Luft und damit auf den Luftdruck aus. Wasserdampf ist ein leichtes Gas im Vergleich zu den Gasen, aus denen sich die Atmosphäre zusammensetzt, also vor allem Sauerstoff und Stickstoff. Wenn also die Feuchtigkeit in der Atmosphäre zunimmt, sinkt die Menge an Stickstoff und Sauerstoff pro Volumeneinheit, wodurch die Dichte der Luft abnimmt.

Luftdruckunterschiede verursachen Bewegung

Einer der interessantesten Aspekte des Luftdrucks ist, dass sich Dinge bewegen, wenn sich der Luftdruck in einer Tasche ändert. Dieser Druckunterschied, der Bewegung erzeugt, ist der Grund für Wind, Tornados und viele andere Wetterphänomene.

Wenn du über die Bewegung der Luft sprichst, denke daran, dass Wissenschaftler von einem höheren Druck sprechen, der Dinge „schiebt“, und nicht von einem niedrigeren Druck, der Dinge „zieht“.

Wie man den Luftdruck misst

Der Luftdruck wird üblicherweise mit einem Quecksilberbarometer gemessen. Ein Quecksilberbarometer enthält eine mit Quecksilber gefüllte Säule, und je höher der Luftdruck ist, desto höher ist die Quecksilbersäule. Indem man die Höhe der Säule misst, kann man den Luftdruck bestimmen.

Heutzutage ist es üblicher, ein digitales Barometer zu verwenden, das tragbar und genauer als der traditionelle Typ ist. Dieses Gerät verwendet einen elektrischen Kondensator, um den Luftdruck zu messen.

Luftdruck und Wetter

Gebiete mit niedrigem Luftdruck sind im Allgemeinen mit schlechtem Wetter verbunden. Wenn ein Gebiet einen niedrigen Luftdruck hat, strömt Luft aus benachbarten Gebieten mit höherem Luftdruck ein. Diese Veränderung führt dazu, dass sich die Luft nach oben bewegt, da sie nirgendwo anders hin kann. Wenn sich die Luft nach oben bewegt, kondensiert der Wasserdampf, was zur Bildung von Wolken und Regen führt.

Hochdruckgebiete hingegen sind in der Regel mit gutem Wetter verbunden. In Hochdruckgebieten breitet sich tiefe Luft nach außen aus und lässt die darüber liegende Luft nach unten strömen. Diese Abwärtsbewegung erwärmt die Luft, verursacht Verdunstung und führt zu schönem, trockenem Wetter.

Luftdruck und wissenschaftliche Experimente

Hier sind 10 einfache Luftdruckexperimente für Kinder, die ihnen helfen können, seine Auswirkungen besser zu verstehen.

Tornado-Experiment im Freien

Mit diesem Experiment kannst du einen Tornado in einer Flasche erzeugen. Du brauchst:

• Wasser
• ein durchsichtiges Mayonnaiseglas
• flüssige Spülmittel
• Lebensmittelfarbe
• Essig

Um das Experiment durchzuführen, führe die folgenden Schritte aus:

1. Gieße Wasser in dein Glas, bis es ungefähr zu zwei Dritteln gefüllt ist. Dann gibst du einige Tropfen Lebensmittelfarbe in das Wasser. Jede Farbe ist gut geeignet.
2. Gebe einen Teelöffel deiner flüssigen Spülmittel und einen Teelöffel Essig hinzu.
3. Verschließe das Glas. Vergewissere dich, dass er so fest wie möglich sitzt, um ein Auslaufen und eine große Sauerei zu vermeiden.
4. Schüttle das Glas und drehe es dann, so dass die Flüssigkeit darin anfängt, sich zu drehen.

Das, was du beobachten wirst, ist ein kleiner Wirbel, der einem Tornado ähnelt.

Experiment mit nicht auslaufendem Wasser

In manchen Situationen ist der Luftdruck stärker als die Schwerkraft. Dieses Experiment zeigt, wie stark der Luftdruck ist, denn er hält das Wasser in einem Glas an seinem Platz – selbst wenn das Glas auf den Kopf gestellt wird.

Für dieses Experiment brauchst du:

• Ein Saftglas
• Wasser
• Eine Karteikarte (4 x 6 Zoll)

Die Schritte sind wie folgt:

1. Fülle dein Glas bis zum Rand mit Wasser. Lasse das Wasser überlaufen, so dass der Rand des Glases nass ist.
2. Stülpe die Karteikarte über das volle Glas. Drücke die Karte mit der Hand fest nach unten, so dass der nasse Rand des Glases gut abgedichtet ist.
3. Während du über einem Waschbecken oder einer Wanne arbeitest, halte die Karte mit einer Hand fest und drehe das Glas um. Dann lassen Sie die Karte vorsichtig los. Sie bewegt sich nicht, und das Wasser bleibt im Glas.

Dieses Experiment zeigt, dass die Kraft, die der Luftdruck auf die Karteikarte ausübt, noch stärker ist als die Schwerkraft, die auf das Wasser im Glas wirkt. Der Luftdruck verhindert, dass sich die Karte bewegt.

Buchblase-Experiment

Das Buchblase-Experiment zeigt, wie stark Druckluft sein kann.

Für dieses Projekt brauchst du:

• Drei Bücher
• Eine große Plastiktüte, die luftdicht verschlossen ist

Um dieses Experiment durchzuführen, befolge die folgenden vier Schritte:

1. Staple drei Bücher übereinander.
2. Bitte die Schüler, die Bücher zu bewegen, indem du in ihre Richtung bläst. Das wird ihnen natürlich nicht gelingen.
3. Legen Sie die Plastiktüte auf den Tisch und legen Sie die drei Bücher darauf. Das offene Ende der Tüte sollte über die Tischkante hinausragen.
4. Zeige, dass sich die Bücher vom Tisch heben, wenn du mit genügend Kraft pustest. Es ist die komprimierte Luft in der Tüte, die die Bewegung verursacht.

Dosenexperiment

Bei diesem Experiment wird eine Dose mit Hilfe von Luftdruck zerdrückt. Du brauchst:

• Wasser
• einen großen Behälter
• Eiswürfel
• einen Messbecher
• eine leere Getränkedose
• einen Herd
• Topflappen oder Zangen

Wenn du die Materialien besorgt hast, befolge die folgenden Schritte:

1. Fülle den Behälter mit Eiswürfeln und Wasser. Stellen Sie diesen Behälter zur Seite, damit Sie ihn später verwenden können.
2. Gießen Sie eine halbe Tasse Wasser in Ihre leere Limonadendose.
3. Stellen Sie die Dose auf einen Herdbrenner. Wenn dein Schüler diesen Schritt macht, solltest du ihn beaufsichtigen.
4. Wenn Dampf aus dem Loch oben herauskommt, weißt du, dass das Wasser zu kochen beginnt. Schalte den Herd aus und nimm die Dose mit den Topflappen oder der Zange vom Brenner.
5. Stelle die Dose schnell in den Behälter mit dem Eiswasser, indem du sie umdrehst und auf die Oberseite legst. Nun kannst du beobachten, wie die Dose beim Abkühlen in sich zusammenfällt.

In diesem Experiment wurde beim Erhitzen des Wassers in der Dose Dampf erzeugt, der die Luft aus der Dose drückte. Als die Dose dann in das Eiswasser getaucht wurde, sank die Temperatur des Dampfes, wodurch er wieder zu Wasser kondensierte. Diese Veränderung führte dazu, dass der Luftdruck im Inneren der Dose viel niedriger war als der Luftdruck draußen, und das Gewicht der Luft draußen drückte die Dose zusammen.

Magisches Ei-Experiment

Bei diesem Experiment wird die Kraft des Luftdrucks genutzt, um ein Ei durch den Hals einer Flasche zu drücken. Sammle die folgenden Materialien, um dieses Experiment durchzuführen:

• Ein hartgekochtes Ei
• Eine Flasche mit einem Hals, der weit genug ist, dass sich das hartgekochte Ei hindurchzwängen kann
• Ein Streichholz

Dieses Experiment beinhaltet die folgenden Schritte:

1. Nimm die Schale von deinem hartgekochten Ei ab.
2. Zünde das Streichholz an und wirf es in die Flasche.
3. Setz das geschälte Ei auf die Flaschenöffnung, mit dem kleinen Ende nach unten. Das Ei springt dann in die Flasche.

Wenn die Luft in der Flasche von der Flamme des angezündeten Streichholzes verbraucht wird, sinkt der Luftdruck in der Flasche gegenüber dem Druck außerhalb der Flasche. Der höhere Luftdruck draußen übt eine Kraft auf das Ei aus, die es in die Flasche drückt.

Kolben-Experiment

Für dieses einfache Experiment braucht man nur zwei saubere, altmodische Gummi- und Holzstäbchen-Kolben. So führst du das Experiment durch:

1. Stecke die beiden Kolben zusammen. Vielleicht musst du die Felgen erst nass machen.
2. Versuch, sie zu trennen.

Das Trennen ist viel schwieriger, als die meisten Kinder denken. Wenn du die beiden Kolben zusammenstößt, drückst du die Luft aus dem Hohlraum, den die Innenseiten beim Zusammenschieben gebildet haben. Diese Luft, die herausgedrückt wurde, führte dazu, dass der Luftdruck im Inneren viel niedriger war als außen. Da ein höherer Luftdruck immer drückt, hielt er die beiden Kolben zusammen.

Tischtennis-Trichter-Experiment

Beim Tischtennis-Trichter-Experiment wird ein Tischtennisball in die Schale eines Trichters gelegt und durch den Trichter geblasen. Statt weggeblasen zu werden, wird der Ball in der Schale festgehalten. Um das Experiment durchzuführen, befolge zwei Schritte:

1. Setze den Tischtennisball in den Trichter und blase kräftig hinein. Versuche, deinen Kopf nach hinten zu neigen, so dass das Ende mit dem Ball zur Decke zeigt. Versuche, so stark zu pusten, dass der Ball nicht weggeblasen wird, wenn du den Trichter umdrehst.
2. Versuche, den Ball vom Tisch aufzuheben.

Wenn du in den Trichter bläst, bewegt sich die Luft an der Stelle, an der sich der Ball befindet, schneller und erzeugt einen niedrigeren Luftdruck als der Rest der Luft, die den Ball umgibt. Dadurch ist der Luftdruck unter dem Ball niedriger als die umgebende Luft, die einen höheren Druck hat. Der höhere Luftdruck drückt den Ball zurück in die Schale des Trichters – unabhängig davon, in welche Richtung du den Trichter richtest.

Fontänenflaschendichtungsexperiment

Das Fontänenflaschendichtungsexperiment zeigt, wie man mit Hilfe von Luftdruck Wasser durch einen Strohhalm drückt. Besorge die folgenden Materialien:

• Eine Wasserflasche (2 Liter)
• Einen Klumpen Ton
• Einen langen Strohhalm
• Wasser

Befolge diese drei einfachen Schritte:

1. Fülle die Wasserflasche zur Hälfte mit Wasser.
2. Verschließe die Flasche mit dem Tonklumpen, der um den Strohhalm gewickelt ist, so dass die Öffnung der Flasche vollständig verschlossen ist.
3. Blase kräftig in den Strohhalm. Du wirst bemerken, dass Wasser aus dem Strohhalm zu fließen beginnt.

Wenn du in die Flasche bläst, erhöht sich der Luftdruck in der Flasche, was wiederum eine Kraft auf das Wasser ausübt, die es in den Strohhalm treibt.

Das Millionen-Dollar-Wett-Experiment

Für dieses Experiment brauchst du:

• Eine Wasser- oder Limoflasche
• Ein Stück Papier

Um das Experiment durchzuführen, befolge folgende Schritte:

1. Lege die Flasche waagerecht auf einen Tisch.
2. Wickle den Papierball auf und stecke ihn in die Flaschenöffnung. Das Knäuel sollte etwa halb so groß sein wie die Öffnung der Flasche.
3. Fordere den Schüler auf, das Papierknäuel in die Flasche zu pusten, indem du sagst: „Ich wette mit dir um eine Million Dollar, dass du das Papier nicht in die Flasche pusten kannst!“

Diejenigen, die das Experiment versuchen, werden feststellen, dass es sehr schwierig ist, das Papier in die Flasche zu bekommen, weil die Luft, die bereits in der Flasche ist, nur durch die Öffnung der Flasche entweichen kann, und in diesem Fall würde sie das Papier mitnehmen.

Fliegendes-Papier-Experiment

Für das Fliegendes-Papier-Experiment brauchst du nur ein normales Blatt Papier. Haltet das Blatt an eure Unterlippe und pustet dann über das Blatt. Du wirst feststellen, dass das Blatt nach oben fliegt! Dieses Phänomen erklärt auch, wie Flugzeuge fliegen können. Indem du über das Blatt bläst, senkst du den Luftdruck, da sich die Luft schneller bewegt. Da der Luftdruck auf der Unterseite des Blattes nun relativ höher ist, wird das Blatt Papier nach oben gedrückt.

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