Experiment: Unter Wasser sehen

Material:

Wasser
zwei Gläser
farblose “Gelkugeln” oder “Wasserperlen”

Diese Kügelchen gibt es überall zu kaufen, sicher auch bei eurem online-Händler eures Vertrauens. Oft werden sie als dekorative Füllung für Blumenvasen benutzt. Zu finden sind sie unter den verschiedensten Namen, zum Beispiel Gelperlen, Hydroperlen, Hydrokristalle, Aqualinos, Aquaperlen oder Glibberkugeln.

Experiment:

Zeitraffer: 3 Stunden Silikakugeln quellen. — Zeitraffer: ca. 3 Stunden. Gelkugeln nehmen das Wasser auf.

Als erstes gibt man ein paar Kügelchen, so ca. 20-40 Stück in ein leeres Glas und füllt es mit Wasser auf, höchstens 2/3 voll. Im Laufe von mehreren Stunden nehmen die Kügelchen das Wasser auf und werden deutlich größer – das kann man im folgenden Zeitraffer ziemlich gut sehen.

Wenn ihr ein paar Stunden gewartet habt, könnt ihr das Wasserglas komplett mit Wasser auffüllen – und die Kugeln verschwinden. Gießt ihr das Wasser wieder aus, am besten in das zweite Glas, werden die Kugeln wieder sichtbar. Durchaus spaßig ist es, andere dazu aufzufordern mal ihren Finger in das gefüllte Glas (Kugeln und Wasser) zu tauchen. Da man die Kugeln nicht sehen kann aber definitiv spürt, kann das zu amüsanten Reaktionen führen ;-).

Erklärung:

Die Gelkugeln haben sehr viel Wasser aufgenommen, so dass sie zum größten Teil aus Wasser bestehen. Das heißt auch, dass sie die selben optischen Eigenschaften wie Wasser haben, besonders der Brechungsindex ist gleich. Genau dieser Brechungsindex ist verantwortlich dafür, dass wir durchsichtige Dinge sehen können. Zum Beispiel hat Glas einen Brechungsindex von ungefähr 1,5 wohingegen Luft einen Brechnungsindex von ungefähr 1 hat. Deswegen können wir Flaschen, Vasen oder Schüsseln aus Glas sehen, da der Brechnungsindex von Glas so unterschiedlich ist zu Luft.

"vollgesaugte" Gelkugeln in Wasser, gegen das Licht gehalten. Man kann die Kugeln nur erahnen. — “vollgesaugte” Gelkugeln in Wasser, gegen das Licht gehalten. Man kann die Kugeln nur erahnen.

Im Fall unserer Gelkugeln hat das Wasser einen Brechnungsindex von ungefähr 1,33 und die Gelkugeln fast den gleichen. Deswegen können wir sie kaum sehen, wenn die Kugeln in Wasser liegen.

Diese Kügelchen können deswegen so viel Wasser aufnehmen, weil sie aus Superabsorbern gemacht sind. Sie bilden ein Hydrogel, wenn sie mit Wasser in Kontakt sind, ein Ähnliches Prinzip wie bei “super-saugstarken” Windeln, zum Beispiel.

Was hat das mit “unter Wasser sehen” zu tun?

Taucherbrille vom Typ Druckausgleichsmaske. CC BY-SA 3.0 Alex Anlicker

Der Brechungsindex von Wasser ist auch der Knackpunkt warum man unter Wasser – ohne Hilfsmittel – nur verschwommen sehen kann. Unser Auge ist für das Sehen in Luft gebaut. Wenn die Hornhaut, der äußerste Teil des Auges, direkt mit Wasser in Berührung ist, wird Licht kaum noch gebrochen – weil die Hornhaut einen Brechungsindex hat, der sehr nah an dem von Wasser liegt. Wenn das Licht kaum an der Hornhaut gebrochen wird, treffen sich die Lichtstrahlen auch nicht mehr im Brennpunkt im Auge und werden nicht scharf auf der Netzhaut abgebildet – wir sehen unscharf.

Mit einer Taucherbrille sehen wir scharf, aber es kommt zur Lichtbrechung an den Übergängen Wasser-Taucherbrillenscheibe und Taucherbrillenscheibe-Luft. Das führt zu zwei spannenden Effekten. Durch diese Brechung schätzen wir Entfernungen und Größen im Wasser falsch ein. Wir sehen mit einer Taucherbrille alles 33% größer, also erscheint ein drei Meter langer Fisch nun vier Meter lang. Und uns erscheint alles 25% näher als es eigentlich ist, zum Beispiel kommt uns ein zwölf Meter entfernter Fisch nur neun Meter entfernt vor. Falls euch also Freunde aus dem Schnorchel-Urlaub von “soooo großen Fischen” erzählen – mal fragen ob sie auch mal die Taucherbrille abgenommen haben 😉