Unterrichtspraxis
NiU-Physik 2 (1991) Nr. 8


Wieviel wiegt eine Fliege?

- Zum Bau und Eichen eines Meßgerätes
von Helmut Dittmann, Werner B. Schneider

Dr. Helmut Dittmann, geb. 1929, zur Zeit
Seminarlehrer für Physik am Hans-Sachs-Gymnasium
in Nürnberg
Adresse: Löbleinstr. 10, 8500 Nürnberg.

Prof. Dr. Werner B. Schneider, geb. 1940,
seit 1982 Professor für Didaktik der Physik am
Physikaliscchen Institut der Universität Erlangen-
Nürnberg.
Adresse: Staudtstr. 7, 8520 Erlangen

Einleitung

Das Thema "Bauen und Eichen ^1) eines
Meßgerätes" ist, solange es sich um alltägliche
Meßprobleme handelt, nach
unseren Beobachtungen in der Regel
weder für Schüler noch für Lehrer besonders
motivierend. Gibt es doch gerade
für die im Anfangsphysikunterricht
auftretenden Meßprobleme bereits
Geräte, die dem Schüler längst
bekannt sind und die die anfallenden
Meßaufgaben gut lösen. Das genannte
Thema ist jedoch für die Anliegen des
Physikunterrichts so wichtig, daß es
nicht ohne weiteres übergangen werden
sollte. Es lohnt sich daher, über
Wege nachzudenken, die dieses Thema
sowohl für Schüler als auch für Lehrer
interessanter werden lassen.
Der folgende Vorschlag zeigt einen
Weg, der nach unserer Unterrichtserfahrung
die Motivationsprobleme
überwinden kann. Zusätzlich werden
dabei eine Reihe von Zielen des Physikunterrichts
unterstützt.

Die Frage "Wieviel wiegt eine Fliege?"
ist aus mindestens zwei Gründen
von großem Reiz:
- Zunächst findet man kaum einen
Schüler, der von sich aus dieser Frage
schon einmal bewußt nachgegangen
ist. Die meisten vermuten, daß die
Masse einer Fliege sehr klein sein muß
und daß sie mit den üblichen Waagen
offensichtlich nicht bestimmt werden
kann. Überdies sind sie sich oft nicht
sicher, ob die Fliege überhaupt etwas
wiegt. Das Bestreben, hier eine Entscheidung
zu treffen und gegebenenfalls
einen Wert für das Gewicht zu fin-
den, läßt die gestellte Frage sehr schnell
zum Anliegen der Schüler werden.
- Das Wissen, daß z. B. in der Physiksammlung der
Schule ein Meßgerät mit
ausreichender Empfindlichkeit fehlt,
und die Aussicht, daß durch eigenes
Tun ein sonst nur im Handel erhältliches,
teures Meßgerät realisiert werden
kann, sind entsprechend motivierend.
Zur Messung kleiner Massen sind
eine Reihe von Realisierungsmöglichkeiten
bekannt. Das Verfahren, das die
Biegung eines einseitig eingespannten
Glasfadens durch eine angehängte Last
ausnutzt, ist einfach zu verwirklichen
und für unseren Zweck besonders gut
geeignet. Eine auf diesem Prinzip beruhende
sogenannte Glasfadenwaage
kann man mit einfachsten Mitteln
selbst herstellen und eichen. Mit ihr
lassen sich Massen im mg-Bereich noch
mit relativ großer Genauigkeit bestimmen.
Von Vorteil ist, daß der Ausschlag
der Waage zur angehängten Masse
proportional ist und daß er mit Hilfe
der Schattenprojektion vergrößert gegebenenfalls
auch einer ganzen Klasse
vorgeführt werden kann. Insgesamt
läßt sich die gestellte Aufgabe in folgende
Teilschritte gliedern:
- Herstellung eines geeigneten Glasfadens
- Aufbau der Schattenprojektion
- Herstellung geeigneter Eichmassen
- Eichen der Meßanordnung
- Bestimmung der Masse einer toten
Fliege und weitere Anwendungen.

Anzumerken ist, daß über die Biegung
eines Glasfadens zunächst nur die
Gewichtskraft und erst durch ein
Umeichen die Masse bestimmt wird. Es
ist jedoch nicht vorgesehen, in diesem
Zusammenhang auf die Problematik
Masse - Gewichtskraft einzugehen.

Aufbau der Meßanordnung
Herstellung des Glasfadens
Ein geeigneter Glasfaden läßt sich am
einfachsten über das Ziehen einer Glasspitze
herstellen. Die Fertigkeit, eine
Glasspitze zu ziehen, kann man nach
unserer Erfahrung in der Regel nicht
voraussetzen. Sie ist aber leicht zu erlernen,
und Schüler können aktiv daran
beteiligt werden. Es müssen nur
einige einfache Grundregeln beachtet
werden, die im Folgenden kurz beschrieben
werden. Ausführliche Angaben
zum Glasblasen und zum Umgang
mit Glas findet man z. B. in [1, 2].
Ausgangsmaterial sind dünne
Glasröhren mit einem Durchmesser
von 5 - 8 mm aus leichtschmelzendem
AR-Glas mit einem Erweichungspunkt
von ca. 570 °C (AR-Ruhrglas F125; oft in
der Chemiesammlung vorrätig, Bezug
über den Laborfachhandel). Bei den
heute häufiger verwendeten Duran oder
Pyrex-Gläsern liegt der Erweichungspunkt
bei ca. 770 °C. Diese Gläser
sind im Gegensatz zu den AR-Gläsern
nicht so einfach mit einem schulüblichen
Bunsen- oder Kartuschenbrenner
zu bearbeiten. Die Rohrlänge
sollte etwa 20 cm betragen. Rohrstücke
dieser Länge werden am besten von
einem längeren Rohr abgetrennt. Hierzu
ritzt man mit einer Glasfeile (meistens
genügt auch die Kante einer normalen
Metallfeile) das Rohr an der gewünschten
Bruchstelle kräftig an und
reißt das kürzere Ende durch Auseinanderziehen
mit einer leichten Knickbewegung
ab. Hier darf man keine
Angst haben und nicht zu zögernd
vorgehen. Für erste Versuche kann
man das Rohr z. B. in ein Handtuch
einwickeln, um die oft unbewußt vorhandene
Hemmschwelle beim Glasbrechen
abzubauen. Die meistens an
den Bruchenden auftretenden, scharfen
Kanten beseitigt man durch leichtes
Anschmelzen in der Brennerflamme,
um Schnittverletzungen vorzubeugen
(wichtig bei Schülerübungen).
Zum Ziehen einer Spitze muß die
Rohrmitte gleichmäßig erwärmt werden.
Hierzu ist eine für das Glasblasen
typische Handhabung der Glasröhre
nötig, die jeder in der Regel schon
unbewußt - z. B. beim Spielen mit einem
Bleistift - gelernt hat. Man hält die
Enden der Röhren jeweils zwischen
Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger

Abb. 1: Fotografie der Glasfadenwaage (Länge des Fadens: 50 cm)
a) bei wachsender Belastung mit den Massen 11,6 mg, 23,2 mg, 34,8 mg und 46,4 mg im Vergleich zur
Null-Lage;
b) bei Belastung mit einer "getrockneten" Fliege (m =11 mg) im Vergleich zur Null-Lage (sonst wie in
a). In beiden Fällen wurde das Bild durch Mehrfachbelichtung erhalten.
und erzeugt durch ein zwischen den
Fingern beider Hände koordiniertes
Festhalten, Zurückfassen und Drehen
die erforderliche gleichmäßige Bewegung
der Röhre um ihre Längsachse.
Nach einigen "Trockenübungen" führt
man die Mitte der Röhre in den oberen,
d. h. heißesten Teil der Brennerflamme
und erzeugt die beschriebene Drehbewegung.
Nach kurzer Zeit färbt sich die
Flamme leuchtend gelb, und das Glas
wird bald darauf weich. Während der
Phase des Weichwerdens ist darauf zu
achten, daß trotz der nachlassenden
Führung beim Drehen die ursprüngliche
Drehachse angenähert beibehalten
und die Schmelzzone weiterhin gleichmäßig
erwärmt wird. Die für das Ziehen
geeignete Zähigkeit des Glases ist
erreicht, wenn im Bereich der Rohrmitte
bei langsamem Drehen bereits ein
Durchbiegen einsetzt. Durch rascheres
Drehen, evtl. bereits außerhalb der
Flamme, erfolgt eine erneute Ausrichtung
der Röhre. Man zieht nun - außerhalb
der Flamme - die beiden Enden
relativ schnell, soweit wie die Arme
reichen, auseinander. Beim Auseinanderziehen
bestimmt die erreichte Geschwindigkeit
die Dicke und Länge des
Fadens und seine Biegesteifigkeit. Der
Durchmesser des Rohrs nimmt im Bereich
der Schmelzzone relativ schnell
ab und ist dann annähernd konstant. In
der Mitte wird das dünne Rohr durchgebrochen,
und es ergeben sich zwei in
etwa gleichartige Spitzen. Es empfiehlt
sich, mehrere Spitzen zu ziehen, da
man nicht immer den passenden Erweichungsgrad
des Glases und die
entsprechende Zuggeschwindigkeit
trifft, die zu der für die geplante An-
wendung passenden Biegesteifigkeit
führt. Für die Bestimmung der Fliegenmasse
haben sich Fäden der Länge von
40 - 50 cm mit einem Durchmesser von
größenordnungsmäßig 0,5 mm als
geeignet erwiesen.
Das dünne Ende der Spitze versieht
man noch mit einem kleinen Haken, so
daß die Eichmassen oder die Fliege
bzw. andere Probemassen immer an
die gleiche Stelle des Fadens angehängt
werden können. Hierzu hält man das
Fadenende in geringem Abstand vor
die Flamme. Der dünne Faden erweicht
dort sehr schnell, biegt sich nach unten
durch und formt dabei den gewünschten
Haken. Hält man den Faden allerdings
zu dicht vor die Flamme, so kann
es leicht zu einem Durchschmelzen
kommen.
Das dicke Ende der Spitze wird in
eine Klemme so eingespannt, daß der
Faden annähernd horizontal verläuft.
Durch sein Eigengewicht kommt es
bereits zu einem leichten Durchbiegen
des Fadens (siehe Abb. 1).
Während der Vorbereitungen zum
Ziehen der Spitze und beim Ziehen
selbst ist die Beobachtung u. a. folgender
physikalischer Phänomene möglich,
die für die Schüler von Interesse
sind und die neben dem Ziel, genau
beobachten zu lernen, auch Fragen zu
den Beobachtungen und Diskussionen
zur Deutung anregen können:
- Die Glasröhre ist elastisch - bricht
aber, wenn sie angeritzt wird.
- Die Flamme färbt sich erst nach einer
gewissen Zeit gelb.
- Das Rohr läßt sich noch in relativ
kurzem Abstand zur Schmelzzone
mit den ungeschützten Fingern anfassen.
- An der Innenwand der Rohrenden
schlägt sich Wasserdampf nieder.
- Aus dem Rohr wird nach dem Ziehen
wieder ein Rohr mit sehr viel
kleinerem, näherungsweise konstantem
Durchmesser.
- Taucht man die Spitze in eine gefärbte
Flüssigkeit, so steigt diese weit
über die Oberfläche der Flüssigkeit
in der dünnen Glasröhre auf.
- Der Glasfaden kann Licht leiten.
- Der Glasfaden ist sehr elastisch. Er
verhält sich fast wie eine Textilfaser.
Man kann ihn allerdings nicht knoten.
- Der Glasfaden läßt sich nicht wie ein
Metalldraht im kalten Zustand plastisch
verformen. Bei einem zu kleinen
Biegeradius bricht er.
Schattenprojektion
Die Schattenprojektion zeichnet sich
dadurch aus, daß sie einfach zu realisieren
und zu verstehen ist und aufrechte,
vergrößerte Bilder liefert. Der
Schattenrand wird dabei umso schärfer,
je punktförmiger die Lichtquelle
ist. Eine scharfe Abbildung kann einmal
durch eine Glühlampe mit kurzem
Glühfaden oder durch eine Vergrößerung
des Abstands zwischen Lampe
und Objekt erreicht werden. Gut geeignet
sind Halogenlampen (12 V / 50-100
W). Hier genügt bereits ein Abstand
von ca. 1 m, um einen ausreichend
scharfen Schatten zu erhalten.


- Läßt er sich trotzdem nicht realisieren,
so liegt dies meistens daran, daß entweder
die Kondensorlinse der Experimentierleuchte
oder der Hohlspiegel
hinter der Glühlampe (bei manchen
Experimentierleuchten vorhanden)
nicht entfernt wurden. Bei Glühlampen
mit länglichem Glühfaden wird
das Schattenbild schärfer, wenn der
Glühfaden parallel zum Glasfaden
gestellt wird.
Der Schatten wird auf einem geeignet
angebrachten Papier mit Karo- oder
Millimetereinteilung aufgefangen. Als
markanten Punkt wählt man z. B. die
Hakenspitze aus und markiert ihre
Position für die jeweils angehängte
Last. Die Schattenprojektion bewirkt
eine Vergrößerung V des mit der Absenkung
verbundenen Ausschlags.
V ergibt sich aus dem Abstand a
zwischen Objekt und Lampe und dem
Abstand b zwischen Objekt und Schirm
(V = (a + b)/a). In Klassenräumen kann
für a = 1 m eine vierfache Vergrößerung
in der Regel eingestellt werden.
Im Zusammenhang mit dem Aufbau
und der Optimierung der Schattenprojektion
kann auf folgende Beobachtungen
aufmerksam gemacht werden:
- Der durchsichtige Glasfaden wirft
einen dunklen Schatten.
- Der Schatten ist bei näherem Hinsehen
nicht so scharf, wie man vorher
vermutete.
- Der Schatten ist breiter als nach der
eingestellten Vergrößerung zu erwarten
ist.
- Mit abnehmendem a und konstantem
b wird der Schatten immer unschärfer
- mit abnehmendem Abstand b und konstantem
a nimmt die Vergrößerung ab und der Schatten
wird wieder schärfer.
Anmerkung: Eine Projektion mit Hilfe
einer Linse ist ebenso möglich. Sie hat
sogar den Vorteil, kontrastreichere Bilder
zu liefern. Der schwerwiegende
Nachteil ist jedoch, daß die Bilder auf
dem Kopf stehen, was gerade in diesem
Fall sehr verwirrend ist. Zusätzlich
wird der Aufbau komplizierter.
Es ist ebenso möglich und bei Schülerübungen
auch zu empfehlen, die
Glasfadenwaage ohne Projektionseinrichtung
zu verwenden. Man muß hierzu
nur dicht hinter dem Faden einen
geeigneten mm-Maßstab anbringen.

Herstellung geeigneter Eichmassen

Zum Eichen der Glasfadenwaage benötigt
man geeignete Eichmassen, die ohne
die Verwendung einer empfindlichen
Waage hergestellt werden sollen
und deren Masse in etwa der jeweiligen
Fliegenmasse (ca. 10 - 20 mg) entsprechen.
Bewährt hat sich, von einem
längeren Drahtstück kürzere Stücke
abzuschneiden und deren Masse über
die Proportionalität zwischen Länge
und Masse zu berechnen. Wir benutzten
normalen Kupferlackdraht mit einem
Durchmesser von 0,25 mm und
einer Linien-Dichte (Masse/Länge)
von 0,29 g/m. Es empfiehlt sich, eine
genügend große Ausgangslänge zu
wählen, damit die zugehörige Masse
mit einer üblichen Waage der Sammlung
ausreichend genau bestimmt werden
kann. Wir wählten l= 15,0 m (m = 4,35 g)
und stellten uns einige Drahtstücke
der Längen l = 20 mm (m = 5,8 mg),
l = 40 mm (m = 11,6 mg) und
l = 60 mm (m = 17,4 mg) her. Die Länge
kann mit etwas Sorgfalt auf ca.
± 0,3 mm genau abgeschnitten werden,
d. h. der absolute Fehler beträgt ca.
± 0,1 mg. Kürzere Drahtstücke sind
nicht zu empfehlen, da hierfür der relative
Fehler zu groß wird. Beide Enden
eines Drahtstückes biegt man um, so
daß kleine Haken zum Aneinanderhängen
der Eichmassen entstehen.
Steht kein Draht zur Verfügung, so
kann man auch auf kleine Papierstreifen
zurückgreifen, die aus einem großen
Bogen mit bekannter Masse herausgeschnitten
werden. Zum Anhängen
an die Waage sticht man mit einer
Nadel Löcher in die Streifen. Die flächen-
Dichte des Papiers wird meistens
vom Hersteller angegeben. Man kann
sie auch selbst bestimmen. Hierzu mißt
man die Masse von insgesamt 16 DIN-A4-
Blättern, deren Fläche definitionsgemäß
gerade 1 m^2 ergibt. Je nach der
verwendeten Papierqualität ist mit
einer Flächen-Dichte von 30 - 90 g/m^2
zu rechnen, so daß eine gewöhnliche
Waage ausreicht.
Auch im Rahmen der Herstellung
der "Eichgewichte" kann eine Vielzahl
von Schüleraktivitäten initiiert werden.
Als Beispiel sei der Entscheidungsprozeß
bei der Auswahl des
"optimalen" Draht- oder Papiermaterials
und die Auseinandersetzung mit
Proportionalitäten genannt. Durch die
Erarbeitung von Auswahlkriterien für
das jeweilige Material lernt und übt der
Schüler, den Einfluß von entgegenlaufenden
Anforderungen abzuschätzen
und zu wichten. Die Anwendung von
Proportionalitätsbeziehungen kann er
an einem konkreten, nach einer Lösung
verlangenden Problem üben, was sonst
oft nur an künstlich geschaffenen Beispielen
durchgeführt wird.

Eichen der Glasfadenwaage
Das Eichen der Waage wird mit Hilfe
der vorher hergestellten Eichmassen
durchgeführt. Auf dem Schirm markiert
man für die jeweils angehängte
Last die Position des Schattens für
den ausgewählten Punkt des Glasfadens
(z. B. Hakenspitze) und bestimmt
- ausgehend vom Nullpunkt - die
zugehörige Absenkung in vertikaler
Richtung. Der Schatten hat bei der
Vergrößerung V = 4 bereits einen
Durchmesser von ca. 5 mm. Ein Filzstift
liefert zwar weit sichtbare Markierungen,
die Absenkung kann jedoch aus
diesen Markierungen nur sehr ungenau
bestimmt werden. Für genauere
Messungen sind daher dünnere Markierungslinien
angebracht.
Vor dem Eichen empfiehlt es sich,
den Umgang mit der Glasfadenwaage
und den Eichmassen zu üben. Hierzu
gehören die Auswahl eines Glasfadens
mit geeigneter Biegsteifigkeit, die Optimierung
der Schattenprojektion, die
Untersuchung der Reproduzierbarkeit
des Nullpunkts, die Überprüfung der
Gleichheit der Eichmassen, die Optimierung
der Schattenprojektion, die
Festlegung der gewünschten Vergrößerung
und die Untersuchung der
Grenzen der Waage. Bei der Festlegung
der Grenzen ist zu beachten, daß sich
die Hakenspitze auf einem Kreis bewegt,
was bei zunehmender Belastung
immer deutlicher und störender auffällt.
Die Proportionalität zwischen
Absenkung und Belastung gilt daher
nur für kleine Verbiegungen (siehe z. B.
[3]), bei denen der jeweilige Bogen
näherungsweise durch die Absenkung
beschrieben werden kann. Der Linearitätsbereich
läßt sich vergrößern, indem
man den Faden schrägstellt und den
Nullpunkt bis zum oberen Ende des
Linearitätsbereichs verschiebt. Damit
verdoppelt sich der für die Messung
nutzbare Bereich.
Die Eichwerte sind von der eingestellten
Vergrößerung V abhängig. Für
unsere Waage erhielten wir für das
Verhältnis aus angehängter Masse und
zugehöriger Absenkung den Eichfaktor
W=2,4 mg/cm (für V = 4). Die Genauigkeit
wird im Wesentlichen durch
Fehler beim Markieren des Schattens
bestimmt. Er bewirkt eine absolute Ungenauigkeit
für die Absenkung von ca.
± 3 mm, was einern absoluten Fehler bei
der Massenbestimmung von ± 0,8 mg
entspricht. Der Fehler bei der Herstellung
der Eichmassen ist daher gegenüber
diesem Fehler zu vernachlässigen.
Der lineare Bereich wird unter Ausnutzung
der obigen Nullpunktsverschiebung
auf ca. 60 mg ausgedehnt.

Während der Vorbereitung und
Durchführung des Eichens können
natürlich alle Fragen, die das Messen
und Eichen betreffen und die bereits im
Basisartikel [4] abgehandelt worden
sind, mit den Schülern erörtert werden.

Bestimmung der Masse
einer Fliege und
andere Anwendungen

Als größtes Hindernis bei der Bestimmung
der Fliegenmasse stellt sich häufig
heraus, daß man - vor allem im Winter -
keine Fliege findet. Es empfiehlt
sich daher, rechtzeitig einen Vorrat von
Fliegen anzulegen.
Zur Vorbereitung der Messung
wird die Fliege über einen nicht zu fest
angezogenen Knoten an einem dünnen
Faden befestigt und über eine Schlaufe
an den Haken der Glasfadenwaage gehängt.
Nachträglich muß natürlich gezeigt
werden, daß das Gewicht des verwendeten
Fadens gegenüber dem Gewicht
der Fliege vernachlässigbar ist.

Die Masse der von uns untersuchten,
"ausgetrockneten" Fliegen (wir
verwendeten in der Regel Stubenfliegen
unterschiedlicher Größe) lag im
Bereich von 10 - 20 mg und konnte mit
der selbst gebauten Glasfadenwaage
ausreichend genau (relativer Fehler ca.
7 %) bestimmt werden. Die Masse der
Fliege in Abb. 1 beträgt 11 mg. Die
Masse von "frischen" Fliegen liegt - je
nach Größe und Wassergehalt - nach
Messungen bei etwa 50 mg.
Die Möglichkeit, so kleine Massen
mit guter Genauigkeit zu bestimmen,
eröffnet eine Reihe von zusätzlichen
Anwendungen. Hierzu wurden von
Schülern oft Beispiele vorgeschlagen,
bei denen es vor allem zunächst nur um
die Entscheidung ging, ob das ausgewählte
Objekt mehr oder weniger
wiegt als die Fliege, oder ob es überhaupt
etwas wiegt. Der im folgenden
beschriebene Nachweis, daß die in einem
Luftballon eingeschlossene Luft
etwas wiegt, ist hierfür ein Beispiel.

Um eine Vorstellung von der Größenordnung
der für diesen Versuch
relevanten Daten zu erhalten, sind die
für die verwendeten Luftballons typischen
Werte angegeben: Masse der
Hülle ca. 1 - 2 g, Überdruck im Ballon
ca. 0,01 - 0,03 bar. Masse der aufgrund
des Überdrucks zusätzlich eingeschlossenen
Luft ca. 10 - 30 mg. Volumen
der eingeschlossenen Luft ca.
1 dm^3. Wegen der relativ großen Masse
des leeren Luftballons empfiehlt es sich,
einen etwas weniger elastischen
Glasfaden auszusuchen und die Waage
neu zu eichen. Oft genügt jedoch
bereits der qualitative Nachweis, daß
die Luft im Ballon etwas wiegt, so daß
das Eichen erübrigt. Für die Versuchsdurchführung
hat sich folgendes Vorgehen bewährt:
Auf der Gummihaut eines nicht zu
prall gefüllten Ballons wird auf eine
Seite ein Streifen Textilklebeband angebracht.
Über eine Schlaufe hängt
man diesen Ballon an die Glasfadenwaage
und markiert die Stellung des
Hakens im Schattenbild. Durch das
Band wird mit einer Nadel ein kleines
Loch in die Gummihautgestochen. Das
Band verhindert dabei, daß der Ballon
platzt. Durch das Loch kann nun die
Luft langsam entweichen. Nach Beendigung
des Ausströmens wird die neue
Stellung des Hakens markiert, und
man sieht, daß die aus dem Ballon
ausgeströmte Luft wirklich etwas
wiegt. Bringt man das Loch gegenüber
der Einfüllöffnung an, so kann man
auch die Schubwirkung von ausströmender
Luft beobachten und direkt
mit der Waage nachweisen.
Hieran schließt sich sofort die Frage
an, warum die im Ballon eingeschlossenen
Luft einen Ausschlag der Waage
bewirkt, während die frei die Waage
umgebende Luft dies offensichtlich
nicht tut. Hierzu läßt sich mit Hilfe
einer Plastiktüte auf experimentellem
Weg eine Antwort geben. Im unaufgeblasenen
Zustand der Tüte markiert
man den Ausschlag und stellt fest, daß
nach dem Aufblasen im Unterschied
zum Ballon keine Änderung des Ausschlags
auftritt. Dies liegt daran, daß
man durch ein einfaches Aufblasen mit
dem Mund wegen der geringen Elastizität
des Tütenmaterials praktisch keinen
Überdruck erzeugen kann, so daß
keine Gewichtszunahme auftritt.

In einer weiteren Anwendung kann
man mit der Glasfadenwaage nachweisen,
daß mit dem Verdampfen einer
Flüssigkeit eine Massenabnahme verbunden
ist. Hierzu wird etwas Äther
oder Alkohol in eine kleine, leichte
Schale (z. B. Fingerhut) gefüllt und an
die Waage gehängt. Mit der Zeit beobachtet
man ein Zurückgehen des Ausschlags.
Hat man die Waage geeicht, so
kann man z. B. die Abdampfrate in
Abhängigkeit von der Substanz oder
der Größe der Oberfläche untersuchen.

Zusammenfassend läßt sich feststellen,
daß unter Ausnutzung der Biegung
eines Glasfadens sehr empfindliche
Waagen mit einfachen Mitteln
gebaut und geeicht werden können.
Von allen Meßprinzipien, die Waagen
zugrunde liegen können, ist nach unserer
Erfahrung die Glasfadenwaage am
besten geeignet, um die beschriebenen
Ziele im Zusammenhang mit dem
Bauen und Eichen einer Waage im
Anfangsphysikunterricht zu verwirklichen.

Hinweise für den Unterricht

Aufbau und Eichen der Glasfadenwaage
können als Lehrerversuch, als Schülerübung
oder als Heimversuch erfolgen.
Es sind durchaus auch Mischformen
denkbar. So kann z. B. der Glasfaden
im Unterricht hergestellt werden,
und die Bestimmung der Fliegenmasse
erfolgt dann als Heimversuch. Da das
Ziehen der Spitze den Schülern sehr
viel Freude bereitet und auch für das
Erlernen von Fertigkeiten wichtig ist,
wird man bevorzugt die Spitzen in den
Schülerübungen herstellen. Auch die
Herstellung der Eichmassen und das
Eichen kann durch die Schüler erfolgen.
Die Messung der Masse für das
jeweils interessierende Objekt kann
dann im Lehrerversuch durchgeführt
werden, wobei auf eine "Schülerwaage"
mit dem gerade passenden Meßbereich
zurückgegriffen wird.
Die Aufbewahrung und der Transport
der Glasfäden erfolgt am besten in
einer Papp- oder Glasröhre. Die Verschlüsse
der Röhre sollten eine Bohrung
aufweisen, in der der Glasfaden
mit seinem dickeren Ende fixiert wird.
Die Vielzahl der interessanten Phänomene,
die im Rahmen des beschriebenen
Verfahrens beobachtet werden
können, kann den Lehrer leicht in Versuchung
bringen, zu schnell und zu
häufig die Schüler mit dem bei Physiklehrern
beliebten "Warum" zu konfrontieren.
Dies würde jedoch nicht
unserem Anliegen entsprechen: Wir
möchten, daß der Lehrer zunächst die
Schüler zum gezielten Beobachten anregt
und ihnen genügend Zeit läßt, sich
an den Beobachtungen, Erkenntnissen
und erworbenen Fertigkeiten zu erfreuen
und sich mit ihnen auseinanderzusetzen.
Die Frage nach dem "Warum"
kommt dann von den Schülern - vielleicht
erst in einem anderen Zusammenhang -
schon von selbst.

Literatur
[1] Knauer, R: "Glasbearbeitung - auch in der
Schule?", CU (Der Chemieunterricht), Heft 3
"Glas und Silicate" (1984) S. 51 - 59
[2] Angerer, E. v., H. Ebert: Technische Kunstgriffe.
Braunschweig 1966
[3] Pohl, R. W.: Mechanik, Akustik, Wärmelehre.
Berlin: Springer Verlag 1959
[4] Klinger, W.: Basisartikel zum Eichen und
Messen in diesem Heft.

Anmerkung
1) Unter Eichen wird hier das Eichen im physikalischen
Sinn verstanden und nicht das amtliche
Eichen, das nur vom Eichamt durchgeführt werden
darf.

14 (98) NiU-Physik 2 (1991) Nr. 8