Familienzoff.

clip_image001Okay, wir hatten da diesen Familienstreit.

Nichts ernstes. Aber schon absurde Engstirnigkeit auf der einen, überlegene Wissenschaft auf der anderen Seite. Abstruse Intuition gegen kühlen Sachverstand. Ich vermute, dass es diese Art Krach in allen Familien gibt – aber ich bin gekommen, um ihn zu beenden. Man könnte sagen, heute wird hier eine jahrhundertealte Frage der Menschheit beantwortet.

Es geht natürlich um die Frage, ob es sich lohnt, eine Flasche Sekt noch eine Stunde vor der Party in den Kühlschrank zu stellen. Aber da ich keinen Alkohol trinke, hieß es bei uns: Lohnt es sich, eine zimmertemperaturwarme Packung Milch eine Stunde vor dem Frühstück in den Kühlschrank zu stellen? Wird aus warmer Plörre binnen einer Stunde ein erfrischendes Glas Gesundheit?

Meine Brüder behaupten das. Und wenn wir uns mal uneinig sind, dann steigen wir in den Ambu Jitsu Ring und lassen die Fäuste sprechen. Aber danach folgt dann ernste Wissenschaft.

Also bewaffneten wir uns mit Milchtüten (Tetra-Pack vom Lidl, 1.5% Fett) und Thermometern, Papier und Stift. Uuuuund:

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Der Kühlschrank ist auf eisige 7°C eingestellt – in der Tür (wo die Milch üblicherweise steht) herrschen kühle 10°C.
Die Messung ergab, dass ein Liter Milch ziemlich genau alle 30 Minuten ein Grad Celsius an Temperatur verlor. Um von Raumtemperatur 18°C auf köstliche 10°C zu kommen, benötigt die Milch entsprechend vier Stunden.

Vier.

Stunden.

Das ist länger, als ich im Ambu Jitsu Ring durchgehalten habe. Aber am Schluss dennoch triumphiert.

Das ist Wissenschaft! Dafür, Kinder, geht man zur Schule!

 

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Ein paar Google-Schlagworte zum Schluss:

Wie lang braucht ein Liter Milch im Kühlschrank um abzukühlen? Lohnt es sich, eine Flasche Sekt kurz vor der Party in die Gefriertruhe zu stellen? Wie schnell kühlt eine Flüssigkeit im Kühlschrank ab?

Mathematik & SI-Störungen

2013-03-12 08.43.16Seit knapp einem Jahr unterrichte ich zwei Kinder mit der Glasknochenkrankheit und mit Erlaubnis der Eltern darf ich immer wieder darüber berichten.
An diese Aufgabe bin ich – ebenso wie die meisten Kollegen – recht blauäugig herangegangen, mit wenig mehr als einer gesunden Portion Menschenverstand, vermischt mit naivem Optimismus. Ich möchte heute auch weniger über die Herausforderungen des schulischen Alltags für Kinder mit Glasknochen beschreiben – das habe ich an anderer Stelle mehrfach getan – sondern einen (von einem Laien verfassten) Überblick über die mathematische Fähigkeit bestimmter Kinder in Kombination mit körperlicher Beeinträchtigung ermöglichen.

Warum?
Weil durch die zunehmende Inklusion an Schulen in den kommenden Jahren immer mehr Kinder mit einer SI-Störung im Mathematikunterricht sitzen werden.

Und?
Weil es im Internet (soweit das Google reicht) nur wenig Informationen darüber gibt und nicht jeder Kollege Zeit und Lust hat, Fachliteratur zu wälzen oder sich einzuarbeiten.

Und dich qualifiziert…?!
Gar nichts. Aber für eine Einführung sollte es reichen. Und alles, was im Internet steht, ist wahr – das hat schon Abraham Lincoln gesagt.

Nudeln und Eisläufer

“Nils? Auf der Packung steht ich soll die Nudeln in Kochendes Wasser werfen. Ich glaube es kocht. Wie viele Nudeln willst du?”

“Du glaubst das es kocht? Laut Definition muss das Wasser bis zum Übergang in die Gasphase erhitzt werden. Hast du die Druckabhängigkeit und die Erhöhung des Siedepunkts durch gelöste Salze bedacht? Du hast das Wasser doch gesalzen oder nicht? Du weißt doch noch wo das Thermometer liegt, oder nicht?”

“Ja, ja…. Hab ich alles… Blöder Nerd!”

“Was?”

“Nix!”

Viele Mythen der ordinären normalen Menschen ranken sich um das Thema “kochendes Wasser”. Schon die Oma wusste, das sich der Siedepunkt des Wassers durch die Zugabe von Haushaltssalz ändert. Und einige wenige Bergsteiger wagten den Versuch ihr Essen auf 4000 m Höhe zu garen und scheiterten kläglich. Dabei lernt man doch schon in der Schule, dass Wasser bei 100 °C siedet und bei 0 °C gefriert. Doch stimmt das wirklich? Natürlich nicht. (Natürlich stimmt es – aber wir wollen es ja ganz genau wissen!) Spricht man heute im Allgemeinen vom Siedepunkt oder Kochpunkt, so meint man den Punkt an dem eine Flüssigkeit genügend erhitzt wurde um als Dampf mein verwendetes Gefäß zu verlassen. Da dieser Punkt aber keinesfalls nur von der Temperatur abhängig ist, sondern auch vom momentanen Systemdruck ist dieser Punkt nicht fix. Um den Zusammenhang von Druck, Temperatur und Siedepunkt besser abbilden zu können gibt es sogenannte Phasendiagramme.

Phasendiagramm WasserEin Phasendiagramm zeigt die Aggregatzustände einer Substanz und deren Auftreten bei gegebenem Druck und Temperatur, spezielle Punkte (Trippelpunkt, Kritischer Punkt), und die Phasengrenzlinien. Im gezeigten Diagramm erkennt man die drei Phasen des Wassers: Eis, Wasser und Wasserdampf. Entlang der Phasengrenzlinien findet der Übergang einer Phase in eine andere statt. Unter normalen Bedingungen ( 1 bar Druck) sollte Wasser, wie gezeigt bei 100 °C sieden und somit zu Wasserdampf werden. Sinkt der Druck, sinkt die benötigte Siedetemperatur ebenfalls. Infolge dessen kocht Wasser auf dem Mount Everest schon bei ca. 70 °C. Erniedrigt man den Druck noch mehr, kann Wasser sogar bei Raumtemperatur sieden. Diesen Effekt kann man beobachten, wenn man große Apotheken-Spritzen mit etwas Wasser füllt, oben zuhält und dann aufzieht: Das Wasser fängt an zu “blubbern”.
Und was ist mit dem Schmelzen? Na klar. Schaut man sich das Diagramm an erkennt man, das Eis bei erhöhtem Druck schneller schmilzt. Dieser Effekt ermöglicht der Menschheit alle Wintersportarten, die auf Kufen stattfinden. Betritt eine Eisläuferin das Eis schmilzt es aufgrund des Drucks, den die Läuferin durch ihr Körpergewicht auf die Eisfläche ausübt. Sie läuft nicht auf dem Eis, sondern sie gleitet über eine Wasserschicht, die sie unter ihren Kufen selbst erzeugt. Des weiteren gibt es eine Abhängigkeit der Siedetemperatur von den im Wassers gelösten Salzen (Erzähl ich euch ein anderes Mal).

Wasser kocht also nicht immer bei 100 °C, Eisläufer sind in Wirklichkeit Wasserläufer und die Nudeln waren super.

Besinnungsaufsatz vs. Strafarbeit²

Wie reagiert ihr, wenn der Nachbarsjunge bei euch Klingelmäuschen spielt und ihr ihn auf frischer Tat ertappt?

Diese – für uns Lehrer beinahe alltägliche – Situation diskutierten wir neulich während unserer großzügigen Kaffeepause spärlichen Wechselpause. Immer wieder klopfen vorwitzige Schüler an die Tür und rennen dann weg. Wie geht man damit um, wenn man sie erwischt?

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Newtons Kaffee

“Das Gold der Dichter und Denker”, sagte Goethe schon über den Kaffee, doch Generationen von Kaffeetrinkern haben sich schon die Köpfe eingeschlagen, wenn es um die Frage ging wann die Milch in den Kaffee kommt um den Kaffee möglichst lange heiß zu halten. Direkt nachdem man den Kaffee in die Tasse gegeben oder nachdem man ihn ein wenig abkühlen gelassen hat. Fragt man die uninteressierten netten, freundlichen Studenten in der Uni-Cafeteria, wissen die meisten die Antwort auf anhieb, können aber kaum erklären warum. Andererseits gab es Studenten die fest davon überzeugt waren, dass ihrer falschen Meinung absolut richtig sei, da sie es selbst getestet hätten. Da ich es anscheinend immer wieder nötig habe meine studentischen Artgenossen mit Fragen des Alltags zu penetrieren, bin ich ihnen nun eine anständige Antwort schuldig.

Isaac Newton untersuchte das Abkühlungsverhalten verschiedener Flüssigkeiten und Feststoffen und konnte nach einigen erfolgreichen Experimenten und Messungen eine Formel für die Abkühlung verfassen. Nach einigem Umstellen und Integrieren kann man sein Abkühlungsgesetz in eine Form bringen, die uns eine Lösung für unser Problem liefert

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Diese Formel beschreibt die Abkühlung unseres Kaffees sehr genau. Dabei ist a die Temperatur des Raums, indem sich unser Kaffee befindet und T0 die Temperatur des Kaffees zum Zeitpunkt des Eingießens. t ist die Zeit und k ist der sogenannte Abkühlungskoeffizient, der die stärke der Abkühlung flüssigkeitsspezifisch beschreibt. Man erkennt, dass der Kaffee nie kälter wird als Raumtemperatur a.

Fall 1: Wir geben die Milch direkt zum Kaffee. Der Kaffee Kühlt am Anfang ein wenig ab. Seine Temperatur sinkt jedoch gleichmäßig und nähert sich langsam der Raumtemperatur an.

Fall 2: Wir lassen den Kaffee erst einmal 5 Minuten abkühlen und geben anschließend die selbe Menge Milch, mit der selben Temperatur in den Kaffee. Der Kaffee hat sich schon 5 Minuten lang abgekühlt und bei der Zugabe der Milch sinkt die Temperatur stärker als bei Fall 1.image

Tragen wir die Temperatur gegen die Zeit auf erhalten wir ein Diagramm, dass diesen Vorgang beschreibt. Erkennbar wird, dass der Kaffee aus Fall 1 länger warm bleibt. Der Kaffee aus Fall 2 ist nur solange wärmer, bis die Milch hinzugegeben wird. Anschließend verläuft die Kurve unterhalb der des ersten Falls.

Zusammenfassend können wir feststellen, dass es besser ist die Milch direkt in den Kaffee zu geben und nicht erst nach einigen Minuten Wartezeit.

Für alle die an der ausführlichen Berechnung interessiert sind bin ich gerne jederzeit per eMail erreichbar.