Was passiert, wenn man heißes Wasser in eine Plastikflasche kommt?

Der Flaschenkollaps: Was passiert, wenn heißes Wasser auf Plastik trifft?

Die scheinbar einfache Handlung, heißes Wasser in eine Plastikflasche zu füllen, birgt eine überraschende physikalische Demonstration. Es ist mehr als nur ein Erwärmungs- und Abkühlungsprozess – es ist ein anschauliches Beispiel für die Wirkung von Druck und Temperatur auf Materie, insbesondere auf die Eigenschaften von Gasen und Kunststoffen.

Beginnen wir mit dem offensichtlichsten: Dem heißen Wasser. Beim Eingießen erwärmt es nicht nur den Kunststoff der Flasche, sondern auch die Luft, die sich bereits im Flascheninneren befindet. Luft, wie jedes Gas, dehnt sich bei Erwärmung aus. Dieser Ausdehnungsprozess führt zu einem erhöhten Innendruck in der Flasche. Dieser Druckanstieg ist jedoch meist geringfügig und für die Flasche unbedenklich, solange das Material ausreichend robust ist und keine Schwachstellen aufweist.

Der kritische Moment kommt, wenn das heiße Wasser wieder ausgegossen wird. Die nun in der Flasche verbleibende Luft kühlt schnell ab. Die Abkühlung bewirkt eine Kontraktion, ein Zusammenziehen des Luftvolumens. Dieser Volumenverlust erzeugt den entscheidenden Effekt: einen Unterdruck im Inneren der Flasche.

Der Luftdruck außerhalb der Flasche bleibt konstant. Da der Innendruck nun deutlich niedriger ist als der Außendruck, wirkt der atmosphärische Druck von außen auf die Plastikflasche. Dieser Druckunterschied kann – abhängig von der Flaschengröße, dem Material, der Dicke des Kunststoffs und der Temperaturdifferenz – zu einer sichtbaren Deformation der Flasche führen: Die Flasche kollabiert teilweise, ihre Wände drücken sich nach innen.

Dieser Effekt ist kein Geheimnis der Physik, sondern eine direkte Folge des idealen Gasgesetzes (pV = nRT), welches den Zusammenhang zwischen Druck (p), Volumen (V), Stoffmenge (n), allgemeiner Gaskonstante (R) und Temperatur (T) beschreibt. Eine Abnahme der Temperatur bei konstanter Stoffmenge führt zu einer Abnahme des Volumens oder, falls das Volumen konstant gehalten wird, zu einer Abnahme des Drucks. In unserem Fall ist das Volumen zunächst nicht konstant, die Luft dehnt sich aus. Nach dem Ausgießen des Wassers kühlt die Luft ab und versucht, ihr ursprüngliches Volumen einzunehmen, doch der äußere Luftdruck verhindert dies.

Die Stärke der Deformation hängt von mehreren Faktoren ab: Eine dünnwandige Flasche wird stärker kollabieren als eine dickwandige. Ein größerer Temperaturunterschied zwischen heißem Wasser und Umgebungsluft verstärkt den Effekt. Auch das Material des Kunststoffs spielt eine Rolle, da manche Kunststoffe elastischer und widerstandsfähiger sind als andere.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Der scheinbar harmlose Akt, heißes Wasser in eine Plastikflasche zu füllen und wieder auszugießen, ist ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie Druckunterschiede, verursacht durch Temperaturänderungen, die Form von Gegenständen beeinflussen können. Es ist ein Experiment, das leicht nachvollzogen werden kann und die Prinzipien der Thermodynamik auf anschauliche Weise verdeutlicht.