In den folgenden Experimenten repräsentieren die Flasche und das Wasser ein System. Solange man die Flasche festhält, kann nur das Wasser fallen, also leert sich die Flasche. Läßt man sie los, fällt sie zusammen mit dem Wasser in derselben Geschwindigkeit und das Wasser bleibt in der Flasche. Dies geschieht selbst wenn man die Flasche in die Luft wirft. "The Trouble with Pyecraft" von H. G. Wells ist eine schöne Geschichte über die Schwierigkeiten mit der Schwerkraft.

Zielsetzung: Vereinfachte Darstellung des Phänomens des freien Falls.

KERNKONZEPTE: Alle fallengelassenen Objekte befinden sich im freien Fall.

ALLGEMEINES: Jedes Objekt befindet sich im freien Fall, wenn dieses in seiner Bewegung allein von der Schwerkraft beeinflußt wird. Das heißt, jedes Objekt, das man fallen läßt oder wirft, befindet sich im Zustand des freien Falls. Ein Raumschiff im Orbit befindet sich ebenfalls im freien Fall.

EXPERIMENT: 1. Besorge Dir eine Zwei-Liter-Plastikflasche und bohre nahe des Bodens ein Loch hinein. Fülle die Flasche mit Wasser während Du den Finger auf das Loch hältst. Nimm Deinen Finger vom Loch - was passiert? Warum glaubst Du passiert dies? Füll’ die Flasche erneut in derselben Weise. Laß die Flasche diesmal fallen. Fließt das Wasser heraus? Warum nicht? Welche Kraft oder Kräfte glaubst Du wirken auf das Wasser in den einzelnen Stadien des Experimentes? Wie erklärt dies, was passiert? Wiederhole das Experiment mehrere Male. Glaubst Du, Du hast zu einem Zeitpunkt etwas erlebt, was man als freien Fall bezeichnen könnte? Was empfindest Du?

2. Laß ein Objekt von einer Federwaage hängen und notiere das Gewicht. Laß beides, noch aneinander befestigt, fallen und beobachte, was passiert. Vielleicht kannst Du dies filmen.

3. Bastel Dir einen Satz 0,5 -1kg schwere Gewichte für Arme und Beine und mach’ fünf Minuten lang Übungen damit. Entferne die Gewichte und wiederhole die Übungen. Erscheinen sie Dir leichter? Warum glaubst Du ist dies der Fall? Wie würdest Du Dich wohl fühlen, wenn Du Dein gesamtes Körpergewicht verlieren könntest? Was würde geschehen, wenn Du die Gewichte täglich tragen würdest? Was glaubst Du würde mit Deinen Muskeln geschehen, wenn Du kein Gewicht mehr spüren würdest? Warum benutzen Astronauten im All keine Gewichte zum arbeiten?

4. Zeichne ein Bild des menschlichen Skeletts. Kennzeichne die Knochen, die Deiner Meinung nach am meisten von der Schwerelosigkeit betroffen sind. Was sind die Gründe hierfür? Betrachte die Form der Hand- und Fußknochen. Stell Dir vor, Du hättest noch nie welche gesehen. Woran könntest Du erkennen, daß der Fuß dazu da ist, Gewicht zu tragen? Früher dachte man, daß große Dinosaurier wie Apatosaurus und Brachiosaurus im Wasser lebten, um ihr Gewicht zu tragen. Heute wissen wir, daß sie trotz ihres enormen Gewichtes [ca. 100 Tonnen] auf dem Land lebten. Woran konnte man erkennen, daß dem so war?

5. Man kann Schwerelosigkeit im All am besten durch längere Bettruhe nachempfinden. Langzeitpatienten leiden unter der Schwächung ihrer Muskeln und einer leichten Schwächung der Knochen, weil sie nicht gegen die Schwerkraft arbeiten müssen. Astronauten können im All tatsächlich ein bisschen wachsen. Dies kann einem auch passieren, wenn man eine Nacht geschlafen hat, weil man liegt. Miß Deine Größe genau bevor Du ins Bett gehst und noch einmal, direkt nach dem Aufstehen. Bist Du größer als vorher? Welcher Teil Deines Körpers zieht sich zusammen, damit Du wieder Deine normale Größe erreichst? Warum ist das so, und was für einen Zweck erfüllt dieser Teil normalerweise?

6. Unter Schwerelosigkeit "sammelt" sich das Blut der Astronauten, weil das Herz kein Blut mehr von den Beinen nach oben pumpen muß. Auch das Volumen des Blutes nimmt ab, was sich in verstärkter Urinproduktion ausdrückt, da weniger Blut gebraucht wird. Dieses sammeln verursacht ein Druckgefühl im Kopf und ein aufgedunsenes Gesicht. Um diesen Effekt zu simulieren, kannst Du Deine Freunde bitten, sich mit den Füßen nach oben auf ein schräges Brett zu legen, das eine Neigung von etwa 15 Grad aufweist. Miß den Umfang ihrer Waden, ihren Puls und merke Dir, wie ihr Gesicht aussieht. Bitte sie, sich ca. zehn Minuten auf das Brett zu legen und vergleiche hiernach Deine Messungen mit denen, die Du zu Beginn des Experimentes gemacht hast.

Wegen der fehlenden Anstrengung, die normalerweise aufgrund des Gewichts stattfindet, muß das Skelett weniger arbeiten. Dies führt zu einem Schwund der Knochendichte. Diese Auswirkung läßt sich mit der von Osteoporose vergleichen - einer Krankheit, die meist ältere Frauen betrifft, deren Knochenmasse sich verringert und die somit anfälliger sind für Knochenbrüche. Anhand des folgenden Experiments kannst Du herausfinden, wie sich Knochen durch den Verlust von Mineralien verändern.

Take a dry, cooked chicken bone, and leave it in a jar of weak acid, like vinegar, for about a week. Examine it after a week, and see what has happened. How could your results help you understand the effects of demineralisation that occurs in weightlessness.

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