Warum schwimmt Cola im Wasser?

Viele Wissenschaftslehrer führen eine Demonstration durch, bei der sie versiegelte Dosen Cola und Diet Coke in einen Wasserbehälter tauchen. Die Dose Cola sinkt sofort, während die Dose Diet Cola schwimmt. Einige Ausbilder haben diese Demonstration als Experiment adaptiert, um den Schülern die Prinzipien der Dichte und des Auftriebs beizubringen. Die Experimente ermöglichen es den Studenten, Messungen durchzuführen, um eine wissenschaftliche Erklärung für das beobachtete Verhalten zu erhalten.

Dichte

Die Dichte stellt die Beziehung zwischen der Masse einer Substanz und der Menge an Raum dar, die sie einnimmt, d. H. Ihrem Volumen. Normalerweise geben Wissenschaftler die Dichte in Gramm pro Milliliter oder g / ml an. Reines Wasser weist eine Dichte von 1,00 g / ml auf. Die meisten anderen Flüssigkeiten weisen Dichten zwischen 0,8 und 1,3 g / ml auf.

Zusammensetzung von Cola

Coca Cola besteht hauptsächlich aus Wasser. Es enthält aber auch 39 g Zucker, hauptsächlich in Form von Maissirup mit hohem Fruchtzuckeranteil (HFCS). Das von Coca-Cola und den meisten anderen Erfrischungsgetränkeherstellern verwendete HFCS weist eine relative Süße von 160 im Vergleich zu der Basiszuckersüße von 100 auf, die Saccharose oder Tafelzucker zeigt. Diese relative Skala spiegelt die wahrgenommene Süße wider, was bedeutet, dass HFCS 1,6 mal süßer schmeckt als eine gleiche Menge Saccharose. Folglich erfordert ein mit HFCS gesüßtes Getränk weniger Süßungsmittel, um den gewünschten Süßegrad zu erreichen, als ein mit Saccharose gesüßtes Getränk.

Zusammensetzung von Diet Coke

Diet Coke enthält einen künstlichen Süßstoff: Aspartam. Aspartam weist eine 180fache Süße auf als Zucker. Für einen direkteren Vergleich zeigt Aspartam eine 113-fach größere Süße als Maissirup mit hohem Fructoseanteil. In der Folge benötigt Diet Coke nur 0,35 Gramm Aspartam, um die gleiche Süße wie die 39 g HFCS in Cola zu erreichen.

Auftrieb

Ob ein Objekt sinkt oder schwimmt, hängt von seinem Auftrieb ab. Ein im Wasser platzierter Gegenstand übt eine nach unten gerichtete Kraft auf das Wasser aus. Das Wasser drängt jedoch zurück. Das Prinzip von Archimedes besagt, dass die Auftriebskraft, die von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit auf ein Objekt ausgeübt wird, dem Gewicht des vom Objekt verdrängten Wassers entspricht. Wenn das Gewicht des verdrängten Wassers das Gewicht des Objekts überschreitet, schwimmt das Objekt. Ansonsten sinkt es. Dies erklärt zum Teil, warum Metallschiffe schweben. Es erklärt auch, warum die Dose von Diet Coke sinkt. Da die beiden Dosen identische Formen und Größen aufweisen, verdrängen sie beim Eintauchen gleiche Wassermengen. Aber die Tatsache, dass die Dose Cola sinkt, bedeutet, dass sie mehr wiegen muss als die Wassermenge, die sie verdrängt, während die Dose Cola Cola weniger wiegt.

Mathematische Erklärung

Sowohl die Diet Coke- als auch die Cola-Dose enthalten 12 Flüssigkeitsunzen (355 Milliliter) Flüssigkeit. Beide Getränke bestehen hauptsächlich aus Wasser. Der Hauptunterschied liegt im Süßstoff. Koks enthält etwa 325 ml Wasser mit einer Dichte von 1,0 g / ml und 39 g Zucker. Der Inhalt der Dose wiegt also 325 g + 39 g = 364 g. Die Dose von Diet Coke enthält jedoch nur 0,3 g Aspartam. Es besteht daher fast ausschließlich aus Wasser und der Inhalt der Dose wiegt etwa 355 g. Dieser Gewichtsunterschied macht die Dose mit Diet Coke ausreichend schwimmfähig, um schwimmen zu können. In Bezug auf die Dichte beträgt die Dichte von Diet Coke ungefähr 1,00 g / ml, genau wie Wasser. Der Koks weist jedoch eine Dichte von 1,03 g / ml auf.