Aufgaben: Wärmeisolierung und Körperoberfläche

Nenne drei Isolierungen, mit denen Tiere sich vor Kälte schützen.

Erkläre den Begriff „relative Körperoberfläche“.

Ein Würfel hat die Kantenlänge 2 cm. Berechne Oberfläche, Volumen und das Verhältnis Oberfläche : Volumen.

Würfel A hat die Kantenlänge 2 cm, Würfel B die Kantenlänge 4 cm.

1. a) Berechne für beide Oberfläche, Volumen und Verhältnis Oberfläche : Volumen.

1. b) Übertrage das Ergebnis auf eine Maus und einen Fuchs.

1. c) Erkläre, warum kleine Tiere im Winter schneller auskühlen.

Plane einen Versuch zum Vergleich der Wärmeisolierung: Drei Gläser mit 60 °C warmem Wasser werden mit Watte, Federn bzw. nichts umhüllt. Gib die Fragestellung, Vermutung, abhängige und unabhängige Variable, konstant zu haltende Größen und Messzeitpunkte an.

Messwerte (Wassertemperatur in °C nach 0, 10, 20 min):

Ohne Isolierung: 60, 48, 40.

Mit Federn: 60, 55, 51.

Mit Watte: 60, 54, 49.

1. a) Berechne den Temperaturverlust nach 20 min.

1. b) Bewerte die Isolierung.

1. c) Nenne eine Fehlerquelle.

Ein Zwerghamster hat ein Körpervolumen von etwa 40 cm³, ein Hase von 4.000 cm³ (hundertfach). Beide werden vereinfacht als ähnliche Körper betrachtet.

1. a) Berechne, um welchen Faktor die Oberfläche beim Hasen größer ist (Hinweis: Die Länge wächst um den Faktor ³√100 ≈ 4,64; die Oberfläche wächst mit dem Quadrat der Länge, also Fläche ∼ Länge²).

1. b) Berechne, um welchen Faktor das Verhältnis Oberfläche pro Volumen beim Hamster größer ist als beim Hasen.

1. c) Erkläre damit, warum der Hamster relativ mehr Energie pro Gramm verbraucht.

1. d) Begründe, warum viele kleine Säugetiere Winterschlaf halten.

Eisbären aus kalten Regionen sind viel größer als die verwandten Malaienbären aus warmen Regionen. Ebenso sind Kaiserpinguine aus der Antarktis größer als Galapagospinguine aus wärmeren Gebieten. Fennekfüchse haben große Ohren, Polarfüchse kleine.

1. a) Erkläre diese Unterschiede mit der Körperoberfläche (Bergmann- und Allen-Regel in Grundzügen; beide Regeln gelten für verwandte Arten und beschreiben nur eine Grundtendenz).

1. b) Begründe, warum Eisbären trotzdem zusätzliche Isolierung benötigen.

1. c) Beurteile, welche Rolle die Ohren des Fenneks bei der Wärmeabgabe spielen.

Entwirf ein Experiment, das nachweist, dass kleine Körper schneller auskühlen als große. Verwende zwei Gefäße unterschiedlicher Größe mit warmem Wasser. Gib an: Fragestellung, Hypothese, Material, Durchführung, Messtabelle (Muster), Auswertung und mindestens zwei Fehlerquellen. Erkläre, wie das Modell auf Tiere übertragbar ist und wo seine Grenzen liegen.