Vakuum in Glaskugel nachweisen?
Hallo zusammen
, wir haben im Physikunterricht ein Rätsel gestellt bekommen. Wir sollen nachweisen, ob in einer Glaskugel Vakuum ist. Die Glaskugel ist etwa so groß wie ein Tennisbal. Für den Nachweis dürfen wir die Kugel nicht beschädigen.
7 Antworten
Vermutlich steht keine Referenzkugel bereit (auch nicht die Angabe, was das Glas selbst wiegt)?
Dann müssen wir eine physikalische Eigenschaft nutzen, die sich durch Luft im Innenraum ändert. Mir fällt da ein:
- Akustik – Schall bewegt sich nur in Luft. Die Frequenz wäre aber so zu wählen, dass die Glashülle selbst wenig oder nicht zur Schallleitung beiträgt. Schwierig.
- Optik – Lichtbrechung, denn außen habe ich den Übergang Luft/Glas und innen den Übergang Glas/Unbekannt (und beides auch wieder zurück). Da ich den Luft/Glas- und Glas/Luft-Übergang immer habe, habe ich auch die Referenzwinkel für den Übergang vom/zum Innenraum. Fummelig, auf so kurzer Strecke, aber leichter als (1).
- Elektrostatik – Die Glaskugel in einen Plattenkondensator hängen. Das muss noch gut durchdacht werden, wie sich eine Elektritzitätskonstante im Vakuum ggü. der in Luft für den Innenraum der Kugel verhalten würde.
Spannend.
- Die Kugel hat eine der Masse entsprechende Translations-Trägheit.
- Die Kugel hat eine der Masse und der Verteilung entsprechende Rotations-Trägheit.
Eine hohle Kugel rollt also eine schiefe Ebene langsamer runter als eine massive.
Sehe ich anders. Eine Kugel ist per se massiv, andernfalls ist es eine Hohlkugel. Was im Hohlraum ist, Luft oder Vakuum, ist angesichts der Dichte von Glas ziemlich egal. Zumindest war Luft überhaupt nicht erwähnt.
Egal, der Fragesteller wird uns sicher aufklären, wenn er die richtige Lösung kennt.
- Du kannst die Glaskugel in Wasser schwimmen lassen und die Eintauchtiefe messen.
Gleichzeitig musst Du die Eintauchtiefe der Kugel anhand ihres Gesamtgewichtes berechnen, einmal für den Fall mit und einmal ohne Gasfüllung, und mit der gemessenen Eintauchtiefe vergleichen.
Bedingung: Die Glaskugel ist genau definiert (Größe, Wandstärke, Materialdichte), sonst kann man ihr Gewicht nicht berechnen. Außerdem darf sie nicht so schwer sein, dass sie bis zum Boden absinkt, denn dann ist die Auftriebskraft nicht mehr messbar.
2. Möglichkeit: Direkt Wiegen
3. Möglichkeit: Licht durchschicken und den Brechungswinkel messen. Auch dafür braucht man aber einen empirischen oder berechneten Vergleich.
4. Möglichkeit: Den Wärmedurchgang odr dei elektricshe Leitfähigkeit messen. Das ist aber bei einer Kugelform bzw. bei einem Nichtleiter (Glas) ziemlich schwierig bzw. im Rahmen der technisch möglichen Messgenauigkeit evtl. unmöglich.
- Reflexion von Ultraschall
- Abkühlen und schauen, ob etwas kondensiert (Taupunkt). Da dürfte die enthaltene Luft aber nicht trocken sein.
Ich denke, die Antwort liegt hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Stille_elektrische_Entladung
Wegen der Hochspannung nicht für Schülerversuche geeignet, aber im gut ausgestatteten Physiksaal sollte das benötigte Material vorhanden sein.
Die Frage ist ja nicht, ob Glas oder Vakuum, sondern ob Luft oder Vakuum drin ist.