Ein cartesischer Taucher (auch: kartesischer Taucher, kartesianischer Tanzteufel, Flaschenteufel, Wasserteufel oder Drehteufel) ist ein mit Flüssigkeit und Luft gefüllter Hohlkörper, der als Spielzeug oder als Messgerät für den Druck in Flüssigkeiten dienen kann. Der Name ist abgeleitet von René Descartes, latinisiert Cartesius. Er wurde angeblich um 1640 von René Descartes entwickelt, tatsächlich aber von Raffaello Magiotti erfunden und 1648 erstmals beschrieben.

Funktion

Die Figur verfügt über einen Hohlraum, der über eine unverschlossene Öffnung nach außen führt. Dieser Hohlraum wird so weit mit Wasser gefüllt, dass der Auftrieb gerade noch ausreicht, dass er nicht untergeht, sich also gerade noch an der Wasseroberfläche hält. So wird er in eine möglichst komplett mit Wasser gefüllte Flasche gesetzt, welche z. B. mit einem flexiblen Gummihut verschlossen wird. Durch Drücken auf den Verschluss wird der Druck im Innern der Flasche erhöht. Dieser Druck überträgt sich über das Wasser auf den Taucher und das in ihm enthaltene Luftvolumen, welches damit zusammengedrückt wird. Wegen der Inkompressibilität des Wassers entspricht die Volumenänderung am Verschluss praktisch vollständig der Volumenänderung der Luft im Taucher.

Durch die Erhöhung des Drucks wird die im Körper eingeschlossene Luft komprimiert, ihr Volumen nimmt also ab, und damit der auf sie entfallende Auftrieb, während das Gewicht der eingeschlossenen Luft und das Gewicht der Figur gleich bleiben. Wenn zuvor der Betrag des Auftriebs den Betrag des Gewichts der Kombination Figur-Luft knapp überschreitet, kehrt sich dies nun um und der Auftrieb wird verglichen mit dem Gewicht kleiner. Daraus resultiert eine Kraft nach unten und die Figur samt Luftinhalt sinkt.

Umgekehrt nimmt durch das Loslassen am Verschluss der Druck ab und damit das Volumen der Luft wieder zu. Sie dehnt sich unter Verdrängung von etwas Wasser aus, womit das Volumen und damit der Auftrieb wieder größer werden – die Figur steigt wieder.

Mit etwas Übung lässt sich der cartesische Taucher auch in der Schwebe halten. Ein U-Boot entspricht einem cartesischen Taucher, der sich im labilen Gleichgewicht befindet.

Spielzeug

Fertig zu kaufende cartesische Taucher bestehen aus geblasenem Glas, bei einer Länge von ca. 3 cm. Am unteren Ende befindet sich ein kleines Loch, der Taucher wird in eine mit Wasser gefüllte Plastikflasche gegeben. Verschließt man nun die Flasche, so schwimmt der Taucher oben. Drückt man auf die Flasche, so sinkt der Taucher auf den Grund. Wird die Flasche wieder drucklos gemacht, steigt der Taucher wieder auf.

Der Taucher in der Form eines Teufelchens hat noch eine Besonderheit: Die Öffnung des Tauchers ist in Form des Schwanzes seitlich aus der Figur herausgeführt und um sie herumgelegt. Bei Druck auf die Flasche sinkt der Teufel normal ab, wird der Druck weggenommen, steigt er auf und dreht sich dabei um seine eigene Achse.

Dieser Effekt beruht darauf, dass beim Ausfluss aus einer Öffnung ein Freistrahl entsteht, während das Einströmen symmetrisch von allen Seiten geschieht. Die Rückstoßwirkung des Freistrahls versetzt den Taucher beim Aufsteigen in eine Drehbewegung, während der Einströmvorgang beim Absteigen symmetrisch ist und somit keinen Drehimpuls auf den Taucher ausübt.

Ein sehr einfacher cartesischer Taucher lässt sich aus einem zum Bällchen geformten Stück Alufolie herstellen. Als Taucher eignen sich auch viele andere Gegenstände, die Luft und Flüssigkeit enthalten, wie: Tintenpatronen, Backölfläschchen oder Plastikpäckchen Ketchup oder Senf, ebenso wie Streichholzköpfe oder Stücke frischer Apfelsinenschale, solange die darin eingeschlossenen Gasbläschen noch nicht ausgeperlt sind.

Literatur

Siehe auch

Commons: Cartesischer Taucher – Sammlung von Bildern und Videos

Einzelnachweise

  1. 1 2 Magiotti Raffaello: Renitenza certissima dell’acqua alla compressione. Roma 1648.
  2. ↑ Kartesischer Taucher (Flaschenteufel). (Memento vom 7. Februar 2013 im Internet Archive) FH München
  3. ↑ Praktikum: Cartesianischer Taucher (Memento vom 30. April 2004 im Internet Archive)
  4. ↑ Rebecca Hopman, Kathryn Wieczorek: Making Cartesian Divers: Then and Now. 2017.
  5. ↑ Wie funktioniert eigentlich ein Flaschentaucher? In: chemieunterricht.de
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