Cartesischer Taucher

Cartesischer Taucher im Museum der Glasi Hergiswil

Cartesischer Taucher; Glasbläserarbeit aus Lauscha, Thüringer Wald

Ein Cartesischer Taucher (auch: Kartesischer Taucher, kartesianischer Tanzteufel, Flaschenteufel, Wasserteufel oder Drehteufel), ist ein mit Flüssigkeit und Luft gefüllter Hohlkörper, der als Spielzeug oder als Messgerät für den Druck in Flüssigkeiten dienen kann. Der Name ist abgeleitet von René Descartes, latinisiert Cartesius. Er wurde angeblich um 1640 von René Descartes entwickelt, tatsächlich aber von Raffaello Magiotti (1597–1656) erfunden und 1648 erstmals beschrieben.^[1][2]

Funktionsweise

Der hohle Wasserteufel wird so weit mit Wasser gefüllt, dass der Auftrieb gerade noch ausreicht, dass er nicht untergeht. Daraufhin wird er in eine fast komplett mit Wasser gefüllte Flasche gesetzt, welche z. B. mit einem Gummipfropfen verschlossen wird. Durch Drücken auf den Verschluss wird der Druck im Innern der Flasche erhöht und dadurch vor allem die dort befindliche Luft komprimiert - dadurch dringt Wasser in den Teufel und er sinkt nach unten. Wenn der Luftdruck wieder normalisiert wird, verdrängt die zuvor komprimierte Luft das eingedrungene Wasser - der Teufel steigt nach oben.

Durch die Veränderung des Drucks der umgebenden Flüssigkeit und die resultierende Volumenänderung der Luft im Taucher ändert sich dessen Dichte. Wenn beispielsweise der Druck in der umgebenden Flüssigkeit erhöht wird und der Taucher sein Volumen dabei nicht ändert, so rührt die Dichteänderung von der Kompression der Luft im Taucher her. Dadurch nimmt das eingeschlossene Luftvolumen ab (und Flüssigkeit strömt nach). Das Gewicht von Glas und Luft bleibt zwar gleich, aber die Gesamtmasse wird größer, wodurch sich die Dichte des Objektes erhöht. Der Auftrieb (durch die vom Taucher verdrängte Flüssigkeit) bleibt der gleiche. Wenn das Gewicht größer als der Auftrieb ist, sinkt der Taucher. Das Prinzip wird auch bei den Treibbojen (Floats) der Meeresforschung angewendet.

Mit etwas Übung lässt sich der Cartesische Taucher auch in der Schwebe halten. Ein U-Boot entspricht einem Cartesischen Taucher, der sich im labilen Gleichgewicht befindet.

Spielzeug

Fertig zu kaufende Cartesische Taucher bestehen aus geblasenem Glas, bei einer Länge von ca. 3 cm. Am unteren Ende (meist am „Schwanz“ des Teufels) befindet sich ein kleines Loch, der Taucher wird in eine mit Wasser gefüllte Plastikflasche gegeben. Verschließt man nun die Flasche, so schwimmt der Taucher oben. Drückt man auf die Flasche, so sinkt der Taucher auf den Grund.

Ein sehr einfacher Cartesischer Taucher lässt sich aus einem zum Bällchen geformten Stück Alufolie herstellen (so groß, dass es durch einen Flaschenhals passt). Eventuell muss man etwas herumprobieren und das Material zusammendrücken bzw. auseinanderziehen, bis das Alubällchen die richtige Dichte hat. Als Taucher eignen sich auch viele andere Gegenstände, die Luft und Flüssigkeit enthalten, wie: Tintenpatronen, Backölfläschen oder Plastikpäckchen Ketchup oder Senf, ebenso wie Streichholzköpfe oder Stücke frischer Apfelsinenschale (solange die darin eingeschlossenen Gasbläschen noch nicht ausgeperlt sind).^[3]

Cartesischer Taucher; gut sichtbar ist der um den Körper geringelte hohle Schwanz, durch den Wasser in und aus dem Körper des Tauchers strömt

Bei den gläsernen Cartesischen Tauchern mit gewundenem Wasserein- bzw. austritt bewirkt das Ausströmen des hineingepressten Wassers eine Drehbewegung um die Körperachse des Cartesischen Tauchers, der Taucher steigt drehend an die Oberfläche. Das Absinken geschieht in der Regel ohne Drehung, da die Druckzunahme langsamer erfolgt.

Literatur

• Wolfgang Burger: Cartesianische Taucher. In: Bild der Wissenschaft. Jg. 25 (1988), Heft 9, S. 139–142.

Weblinks

•  Commons: Cartesischer Taucher – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
• Bauanleitung für einen cartesischen Taucher
• Interaktives Java-Applet eines cartesischen Tauchers (englisch)
• LEIFI-Physik Heimversuch

Einzelnachweise

1. ↑ Kartesischer Taucher (FH München)
2. ↑ Praktikum Cartesianischer Taucher (pdf)
3. ↑ Wie funktioniert eigentlich ein Flaschentaucher? (www.chemieunterricht.de)