Kartesianischer Taucher

Funktionsweise des cartesischen Tauchers

Cartesischer Taucher; Glasbläserarbeit aus Lauscha, Thüringer Wald

Ein Cartesischer Taucher (auch: Kartesischer Taucher, kartesianischer Tanzteufel, Flaschenteufel oder Wasserteufel), 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 entdeckt, tatsächlich aber von Raffaelo Magiotti (1597–1656) erfunden und 1648 erstmals beschrieben^[1][2].

Grundprinzip

Durch die Veränderung des Drucks der umgebenden Flüssigkeit und die resultierende Volumenänderung der Luft im Taucher ändert sich dessen Dichte und er steigt oder sinkt. Wenn beispielsweise der Druck in der umgebenden Flüssigkeit erhöht wird, so wird die Luft im Taucher komprimiert. Dadurch nimmt das Luftvolumen ab (und Flüssigkeit strömt nach). Das Gewicht von Glas und Luft bleibt zwar gleich, aber das Gesamtvolumen wird kleiner, wodurch sich der Auftrieb verringert. Wenn das Gewicht größer als der Auftrieb ist, sinkt der Taucher. Das Prinzip wird auch bei den Treibbojen (Floats) der Meeresforschung angewendet.

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. Mit etwas Übung lässt sich der Cartesische Taucher auch in der Schwebe halten.

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

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 komprimierte Luft das eingedrungene Wasser - der Teufel steigt nach oben.

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

Die Druckänderung kann auch durch Herabziehen des Tauchers erreicht werden. Der Taucher (mit Eisendraht umwickeltes Reagenzglas) wird in einen durchsichtigen Plastikschlauch (senkrecht an der Wand befestigt) gesetzt. Oben ist der Taucher leichter als Wasser. Dann wird er mit einem Magneten herunter gezogen. Der Wasserdruck (hydrostatischer Druck) steigt, der Taucher schwebt (labiles Gleichgewicht) in der Mitte. Ganz unten ist der Wasserdruck so groß, dass der Taucher unten bleibt. Ein U-Boot befindet sich aus gleichem Grunde im labilen Gleichgewicht.

Quellen

1. ↑ http://www.fh-muenchen.de/home/fb/fb06/labors/lab_didaktik/h-1-2.htm
2. ↑ http://homepage.mac.com/mwey/skripts/Prak-03-Cartes-Tauchr.pdf
3. ↑ www.chemieunterricht.de

Weblinks

• Bauanleitung für einen cartesischen Taucher
• Interaktives Java-Applet eines cartesischen Tauchers (englisch)
• Leifiphysik