Wasser – ein besonderer Stoff!

Prof. Dr. Wolfgang Kinzelbach, Institut für Umweltingenieurwissenschaften, ETH Zürich

Illustration: Romana Semadeni

Warum schwimmt Holz und warum sinkt ein Stein im Wasser ab? In der Umgangssprache sagen wir, Holz ist leichter als Wasser und der Stein ist schwerer als Wasser. In Wissenschaft und Technik müssen wir uns aber genauer ausdrücken. Deshalb werden wir das Gewicht von Körpern gleichen Volumens vergleichen und so das spezifische Gewicht definieren.

Aber ein Schiff schwimmt, obwohl es aus Eisen gemacht ist, das doch bekanntlich schwerer ist als Wasser. Auch das werden wir verstehen mit dem Konzept des Auftriebs, das schon Archimedes (griechischer Mathematiker, Physiker und Ingenieur, der um 287 - 2012 vor Christus in Sizilien gelebt hat) kannte: Wir basteln nämlich einen Cartesischen Taucher (das ist ein mit Flüssigkeit und Luft gefüllter Behälter), dessen Gewicht wir durch Zusammenpressen oder Entspannen einer Luftblase in seinem Innern verändern und den wir damit im Wasser absinken oder hochsteigen lassen können. Die Fische nutzen diesen Trick mit ihrer Schwimmblase.

Wasser unterschiedlicher Temperatur ist unterschiedlich schwer. Warmes Wasser ist leichter als kaltes Wasser und am schwersten ist Wasser von 4°C. Eis wiederum ist leichter als Wasser und schwimmt auf, während Wasser der Temperatur 4°C am Boden des Sees zu finden ist. Das ist gut so, sonst würden die Seen von unten her zufrieren und die armen Fische würden keinen Raum zur Überwinterung mehr haben.

Schliesslich schauen wir uns noch eine weitere Eigenschaft des Wassers an, seine Oberflächenspannung. Sie ist der Grund dafür, dass Wasser Tropfen bildet. Der Wasserläufer, ein Insekt, nutzt sie, um auf der Wasseroberfläche umher zu flitzen. Wir können die Oberflächenspannung durch Hinzufügen von Seife verkleinern. Dann lassen sich schöne Seifenblasen produzieren.