Versuch 10

Wir bestimmen die Oberflächenspannung von Wasser mit zwei verschiedenen Methoden.

Versuchsaufbau

Versuchsaufbau mit Torsionswaage, Spiegelskala, Saugball, Kapillaren, Düsenlehren.

Torsionswaage für die Messung von Kräften im mN-Bereich. Die Waage wird mit dem vorderen Drehknopf im Gleichgewicht gehalten, dabei helfen die Markierungen (zu niedrig, korrekt, zu hoch).

Spiegelskala für parallaxenfreies Ablesen der Steighöhe.

Kapillaren mit verschiedenen Innendurchmessern.

Düsenlehren

Die Innendurchmesser werden mit einer Düsenlehre gemessen. Wir haben zwei verschiedene Typen:

Die Düsenlehre mit dem Dorn erlaubt eine kontinuierliche Messung von Durchmessern bis 5mm.

Die Düsenlehre mit zylindrischen Stiften erlaubt eine Angabe des Intervalls zwischen demjenigen Stift, der gerade noch in das Röhrchen gesteckt werden kann, und dem nächstgrößeren Stift.

Form von Wassertropfen

Die Grenzflächenspannungen bestimmen die Form von Wassertropfen auf Oberflächen. Bei Kontaktwinkeln φ < 90° bezeichnet man eine Oberfläche als hydrophil, bei Kontaktwinkeln um 90° als hydrophob und bei Kontaktwinkeln φ > 150° als superhydrophob.

Die Blätter der Lotuspflanze zeigen eine extrem geringe Benetzbarkeit für Wasser ("Lotuseffekt"). Auch andere Pflanzen haben stark hydrophobe Oberflächen, ebenso wie manche Insektenflügel oder Entenfedern.

🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Lotoseffekt

Quantile und Boxplot

Das Quantil q_p teilt eine Stichprobe so, dass der Anteil p aller Werte kleiner ist als q_p. Im Beispiel sind 50% aller Werte kleiner als q_1/2 ≈ 2,4 (dunkelgrün), 75% aller Werte kleiner als q_3/4 ≈ 4,1 (dunkelgrün und hellgrün).

Die Quantile für 1/4, 1/2 und 3/4 nennt man auch unteres Quartil, Median und oberes Quartil, den Abstand zwischen Minimum und Maximum bezeichnet man als Spannweite. Diese Größen können übersichtlich in einem Boxplot dargestellt werden.

Für kleine Stichproben wählen wir die Quantile sinnvoll auf oder zwischen den gemessenen Werten. Im Beispiel für eine Stichprobe der Länge n = 10 liegt q_1/4 auf dem 3. Wert, q_1/2 in der Mitte zwischen dem 5. und 6. Wert.

🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Quantil