Wasser schwerer machen?

Kann man Wasser schwerer machen, indem man etwa einen Finger in ein mit Wasser gefülltes Glas hält? Mit einem schönen Trick und mithilfe von Stift und Lineal lässt sich das leicht herausfinden.

Der Trick in Form eines einfachen Physik-Experiments mit Wasser ist gut für Kinder geeignet. Auch so mancher Erwachsene dürfte aber überrascht sein. Schließlich hängt der Finger doch am Menschen dran und wird von diesem „gehalten“. Thematisch geht es hier um den hydrostatischen Druck und das hydrostatische Paradoxon.

Was wird gebraucht?

zwei Gläser, gefüllt mit Wasser
ein Lineal, 30 cm lang
einen Stift mit rundem Schaft oder eine Batterie
zur Kontrolle und nach Bedarf: eine Küchenwaage

Was ist zu tun?

Physikalische Experimente für Kinder zum hydrostatischen Druck

Bildnachweis s. unten

Zuerst baut man die „Waage“. Dazu legen Sie einen Stift oder eine Batterie auf einen Tisch und legen darauf ein 30-cm-langes Lineal, so dass sich der Stift genau in der Mitte befindet.

Danach füllt man die beiden Gläser genau gleich hoch mit Wasser.

Auf die beiden Enden des Lineals stellen Sie die beiden Wassergläser, und zwar so, dass sich das Lineal gerade auf eine Seite neigt.

Wenn Sie Ihren Finger (oder zwei) dann in das andere Wasserglas tauchen, wird das Lineal zu dieser Seite hin kippen. Wer mag, kann den Effekt auch mithilfe einer Waage prüfen. Man füllt das Glas so mit Wasser, dass es nicht überläuft, wenn man einen Finger hineintaucht. Steckt man den Finger in das Wasser, darf er das Glas dabei aber nicht berühren.

Man sieht: Die Waage zeigt eine Gewichtszunahme an, wenn sie empfindlich genug ist. Falls die Küchenwaage nichts anzeigt, dann taucht man mehrere Finger in das Wasser oder verwendet einen größeren Gegenstand. Man kann etwa den umgedrehten (zugeschraubten!) Hals einer Ketchupflasche in das Glas tunken.

Was ist geschehen?

Taucht man den Finger in das Wasser, dann steigt der Druck auf Wände und Boden des Glases. Man spricht in diesem Fall vom sogenannten hydrostatischen Druck, der sich erhöht. Erkennen kann man dies an der Wasserwaage, die durch den Finger kippt. Ablesen kann man das aber auf einer Küchenwaage.

Das hydrostatische Paradoxon und der hydrostatische Druck

Der Druck des Wassers auf die Wandflächen eines Behälters hängt interessanterweise allein von der Höhe der Wassersäule ab, die in unserem Beispiel durch den Finger im Wasser ansteigt. Die Form und der Querschnitt der Wassersäule spielen keine Rolle.

Demzufolge zeigt die Waage ein höheres Gewicht an, wenn man einen Finger in das Glas Wasser steckt. Mit anderen Worten: Der höhere hydrostatische Druck im Glas übt mit dem Finger eine höhere Kraft auf die Waage aus und diese schlägt weiter aus.

Das hydrostatische Paradoxon führt zu Effekten, die jeder Intuition zuwiderlaufen. Zwei Beispiele dafür sind in der Grafik zu sehen.

Man kann außerdem ausrechnen, dass die angezeigte Zunahme genau der Menge Wasser entspricht, die durch den Finger verdrängt wurde. Genauer erklärt wird dies in dem Physik-Experiment „Wie viel wiegt eine Hand? (Archimedisches Prinzip)“.

Das hydrostatische Paradoxon im Alltag

In miteinander verbundenen Gefäßen ist der Wasserspiegel überall gleich hoch, auch wenn die Gefäße ganz unterschiedliche Formen haben. Dies sieht man in der Videovorschau unten. Das Video stammt aus einer Physik-Vorlesung von René Matzdorf an der Universität Kassel und in der nachfolgenden Grafik.

Wassertürme nutzten dieses Phänomen aus: Im oberen Bereich haben sie einen Wasserspeicher, der an die Wasserversorgung angeschlossen ist. Damit kann das Wasser in den Häusern bis zu derselben Höhe hinaufgepumpt werden, weil der Turm und die Häuser ebenfalls miteinander verbundene Gefäße sind, in denen das Wasser gleich hoch stehen muss. Heute schafft man das Wasser meist mit Pumpen auf größere Höhen.