Kommunizierende Gefäße

Wer hat nicht schon die Erfahrung gemacht, dass man aus einer sehr vollen Teekanne oder Gießkanne besonders leicht etwas ausschüttet?
Der Grund dafür ist, dass das Wasser im Ausgussrohr genauso hoch steht wie das Wasser im restlichen Teil der Kanne. Wenn man die Kanne kippt, bleibt der Wasserspiegel weiterhin in der gleichen waagrechten Ebene. Zum Ausgießen muss man die Kanne deshalb nur ein kleines Stück neigen.

Man nennt dies das Prinzip der kommunizierenden Gefäße: In miteinander verbundenen Gefäßen steht die Flüssigkeitsoberfläche in jedem der Gefäße immer waagrecht in gleicher Höhe, egal wie die Gefäße geformt sind und wie man sie neigt.

Warum ist das so?

Um zu verstehen, warum dieses Prinzip gilt, muss man den Wasserdruck im Verbindungsrohr betrachten. An jeder Stelle im Gefäß herrscht nämlich ein Druck, der durch das Gewicht des darüber liegenden Wassers verursacht wird. Er hängt nur von der Tiefe ab, nicht von der Wassermenge.
Damit im gesamten Gefäß Gleichgewicht herrscht, muss nun an jedem Punkt durch die Wassersäule in jedem der drei Gefäße der gleiche Druck ausgeübt werden. Das ist dann der Fall, wenn der Punkt verglichen mit dem Wasserspiegel in jedem der drei Gefäße in der gleichen senkrechten Tiefe liegt. Egal wie die Gefäße geformt sind, muss also der Wasserspiegel überall in der gleichen Höhe liegen.

Kommunizierende Gefäße im Alltag

Außer bei Kannen begegnen uns kommunizierende Gefäße auch bei vielen anderen Gelegenheiten im Alltag:
Nach diesem Prinzip funktionieren unter anderem Füllstandsanzeigen von Flüssigkeitsbehältern (zum Beispiel bei Wasserkochern), in denen die Flüssigkeit genauso hoch steht wie im Inneren des Behälters, oder Schlauchwaagen, mit denen man prüfen kann, ob zwei Punkte in der gleichen Höhe liegen. In Schiffsschleusen kann auf diese Weise mit Hilfe von Verbindungskanälen die Wasserhöhe dem Wasserspiegel außerhalb angeglichen werden.

Der artesische Brunnen

Wenn Grundwasser, das mit Grundwasser in höher gelegenen Gebieten in Verbindung steht, unter einer wasserundurchlässigen Bodenschicht eingeschlossen ist, entsteht ein Druck. Wird diese Schicht angebohrt, spritzt das Wasser daher von selbst aus dem Bohrloch heraus. Man nennt das einen artesischen Brunnen.

So einen artesischen Brunnen kannst du auch selbst herstellen – am besten im Freien:

Du brauchst dazu einen Trichter und einen möglichst dünnen Wasserschlauch. Wenn du nun Wasser in den Trichter einfüllst und das Schlauchende wie auf dem Bild unterhalb des Wasserniveaus im Trichter hältst, spritzt das Wasser aus dem Schlauch von selbst ein Stück in die Höhe.

Die Erklärung ist einfach: Es handelt sich um verbundene Gefäße und die Höhe des Wasserstands versucht sich auf den beiden Seiten anzugleichen!