Rhetos Lernlexikon
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Bildbeschreibung und Urheberrecht

Wasserflaschenfließversuch


Physik


Basiswissen


Ein einfacher Versuch (Haushaltsmittel, 4 Minuten) zeigt wesentliche Eigenschaften eines Fließgleichgewichtes, auch stationärer Zustand genannt, auf.

Vorbereitung


Für den Versuch ideal sind Trinkflaschen aus Plastik. In den unteren Boden der Flasche macht man mit einem Messer oder Bohrer ein kleines Loch. Die Form des Loches ist unwichtig. Durchmesser von einem bis wenige Millimeter ergeben gute Ergebnisse.

Durchführung


Man hält die Flasche mit dem Boden nach unten unter einen Wasserhahn. Dann lässt man von oben in die Flasche einen dünnen Strahl Wasser laufen. Man stellt den Strahl so ein, dass der Wasserspiegel in der Flasche langsam ansteigt. Ab einer bestimmen Höhe wird der Wasserstand dann gleich bleiben, also seine Höhe nicht mehr verändern.

Deutung


Der Wasserstand hat bei einer gleichbleibenden Höhe ein sogenanntes Fließgleichgewicht erreicht: es fließt von oben genauso viel Wasser zu, wie unten wieder abfließt. Das Gleichgewicht kommt durch zwei Effekte zustande. Würde der Wasserspiegel vom Gleichgewichtszustand aus ansteigen, würde sich gleichzeitig der Druck am Ausfluss unten erhöhen, dadurch würde der Wasserstand sofort wieder absinken. Sinkt er unter das Gleichgewichtsniveau, dann sinkt auch der Druck am Ausfluss entsprechend. Es fließt dann weniger Wasser ab und der Wasserstand steigt wieder an. Im Endeffekt kann der Wasserstand so den stabilen Gleichgewichtszustand nicht verlassen.

Störung des Gleichgewichtes


Das herrschende Gleichgewicht lässt sich stören, indem man Wasser in die Flasche hinzuschüttet oder auskippt. Hält man dann die Flasche wieder unter den Wasserstrahl, wird der Wasserstand nach einiger Zeit wieder den alten Gleichgewichtszustand erreichen. Das Gleichgewicht ist damit => stabil

Änderung des Gleichgewichtszustandes


Ändert man die Stärke des zufließenden Wassertrahl etwas, dann kann man dadurch den Wasserstand in der Flasche dauerhaft erhöhen oder senken. Es stellt sich also ein neuer anderer Gleichgewichtszustand ein.

Bezug zum Klimawandel


Ein Fließgleichgewicht von zufließender Wärmestrahlung von der Sonne und dem Erdinneren einerseits und in den Weltraum abgestrahlter Energie andererseits bestimmt die Oberflächentemperatur der Erde. Tauen nun die Polkappen ab, dann wird weniger Strahlung in den Weltraum zurückgestrahlt, es verbleibt mehr Wärme auf der Erdoberfläche (Albedo-Effekt). Es wird sich dann bald wieder ein neues Gleichgewicht einstellen, aber auf einem anderen, höheren Temperaturniveau. Ein Abtauen der reflektierenden Polkappen entspräche im Wasserflaschenmodell einer Verengung des Loches im Flaschenboden. Siehe auch => Daisyworld [Klimasimulation]





Hydrodynamik



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