Simple Science Experiments

Science doesn't only happen in laboratories full of expensive equipment and people in white coats. Many basic ideas in physics, chemistry and biology can be shown on a kitchen table with things you already have at home: vinegar, salt, milk, a glass bottle or a sewing needle.

Wissenschaft findet nicht nur in Laboren voller teurer Geräte und Menschen in weißen Kitteln statt. Viele Grundideen der Physik, Chemie und Biologie lassen sich auf dem Küchentisch zeigen, mit Dingen, die man ohnehin zu Hause hat: Essig, Salz, Milch, eine Glasflasche oder eine Nähnadel.

Experiments like these are fun, but they also teach something useful: the world follows rules that we can discover and understand. When a child watches baking soda fizz in vinegar and asks why, they are doing what scientists do: watching carefully and looking for an explanation. Here are some of the best experiments to try at home, with a short explanation of what is really going on in each one.

Solche Experimente machen Spaß, aber sie lehren auch etwas Nützliches: Die Welt folgt Regeln, die wir entdecken und verstehen können. Wenn ein Kind sieht, wie Natron in Essig sprudelt, und nach dem Grund fragt, tut es genau das, was Forscher tun: genau hinsehen und nach einer Erklärung suchen. Hier sind einige der besten Experimente für zu Hause, jeweils mit einer kurzen Erklärung, was dabei wirklich passiert.

Baking soda and vinegar is the classic piece of kitchen chemistry. Baking soda is sodium bicarbonate, a base, and vinegar contains acetic acid. When the two meet, they react and produce carbon dioxide gas, water and a salt called sodium acetate. The carbon dioxide is what makes the mixture fizz and bubble.

Natron und Essig sind der Klassiker der Küchenchemie. Natron ist Natriumhydrogencarbonat, eine Base, und Essig enthält Essigsäure. Treffen die beiden aufeinander, reagieren sie miteinander, und es entstehen Kohlendioxidgas, Wasser und ein Salz namens Natriumacetat. Das Kohlendioxid ist es, was die Mischung sprudeln und blubbern lässt.

For a better show, put a pile of baking soda in a small cup or bottle, then add a few drops of food coloring and a squirt of dish soap to the vinegar before you pour it in. The soap traps the gas in bubbles, so you get a thick, colorful foam that pours over the sides like lava. The idea behind it, that acids and bases react with each other, is one of the basics of chemistry. Acids and bases are all around us: in lemon juice and soap, in cleaning products and in our own stomachs, where hydrochloric acid helps break down food.

Für einen besseren Effekt häuft man etwas Natron in einen kleinen Becher oder eine Flasche und gibt ein paar Tropfen Lebensmittelfarbe und einen Spritzer Spülmittel in den Essig, bevor man ihn hineingießt. Das Spülmittel hält das Gas in Bläschen fest, sodass ein dicker, bunter Schaum entsteht, der wie Lava über den Rand quillt. Die Idee dahinter, dass Säuren und Basen miteinander reagieren, gehört zu den Grundlagen der Chemie. Säuren und Basen sind überall: in Zitronensaft und Seife, in Putzmitteln und in unserem eigenen Magen, wo Salzsäure hilft, die Nahrung zu zersetzen.

Drop a few raisins into a glass of sparkling water or clear soda. At first they sink to the bottom. Then, one by one, they slowly rise to the top, sink again and keep going up and down for a long time. The raisins are showing you how density and buoyancy work.

Gib ein paar Rosinen in ein Glas Sprudelwasser oder klare Limonade. Zuerst sinken sie auf den Boden. Dann steigen sie eine nach der anderen langsam nach oben, sinken wieder ab und bewegen sich lange Zeit so auf und ab. Die Rosinen zeigen, wie Dichte und Auftrieb funktionieren.

A raisin sinks because it is denser than the liquid. On the bottom, though, bubbles of carbon dioxide stick to its wrinkled skin. Each bubble works like a tiny life jacket: the raisin and its bubbles take up more space without getting much heavier, so together they become less dense than the water and float up. At the surface many of the bubbles burst, the raisin is denser than the water again, and down it goes. This goes on until the drink goes flat. Many fish use a similar trick: they control their depth by adding gas to an organ called the swim bladder or letting gas out of it.

Eine Rosine sinkt, weil sie eine höhere Dichte hat als die Flüssigkeit. Am Boden setzen sich jedoch Kohlendioxidbläschen an ihrer runzligen Haut fest. Jedes Bläschen wirkt wie eine winzige Schwimmweste: Rosine und Bläschen nehmen mehr Raum ein, ohne viel schwerer zu werden, und haben zusammen eine geringere Dichte als das Wasser. Also steigen sie auf. An der Oberfläche platzen viele Bläschen, die Rosine ist wieder dichter als das Wasser und sinkt hinab. Das geht so weiter, bis das Getränk schal ist. Viele Fische nutzen einen ähnlichen Trick: Sie regulieren ihre Tiefe, indem sie Gas in ein Organ namens Schwimmblase füllen oder es wieder ablassen.

Growing crystals is one of the most rewarding experiments you can do at home, and all you need is salt or sugar, hot water and patience. The process is called crystallization, and it shows how neatly matter is organized at the smallest scale.

Kristalle zu züchten ist eines der lohnendsten Experimente für zu Hause, und man braucht dafür nur Salz oder Zucker, heißes Wasser und Geduld. Der Vorgang heißt Kristallisation und zeigt, wie geordnet Materie im Kleinsten aufgebaut ist.

Stir salt into hot water until no more will dissolve. This is called a saturated solution. Pour it into a glass and hang a rough piece of string into it from a pencil laid across the top. Over the next few days the water slowly evaporates, and the liquid that is left can't hold all the salt. The extra salt comes out of the solution and settles on the string. Little by little, small crystals with flat faces and straight edges appear. Salt crystals are often shaped like tiny cubes, because inside them sodium and chloride ions are arranged in a cubic pattern that repeats millions of times. Nobody designs this shape; it comes from the chemistry itself.

Rühre so lange Salz in heißes Wasser, bis sich nichts mehr auflöst. Das nennt man eine gesättigte Lösung. Gieß sie in ein Glas und hänge einen rauen Faden hinein, der an einem quer über das Glas gelegten Bleistift befestigt ist. In den nächsten Tagen verdunstet das Wasser langsam, und die übrige Flüssigkeit kann nicht mehr das ganze Salz halten. Das überschüssige Salz scheidet sich aus der Lösung ab und setzt sich am Faden fest. Nach und nach erscheinen kleine Kristalle mit glatten Flächen und geraden Kanten. Salzkristalle sehen oft wie winzige Würfel aus, weil Natrium- und Chloridionen in ihrem Inneren in einem würfelförmigen Muster angeordnet sind, das sich millionenfach wiederholt. Niemand entwirft diese Form; sie ergibt sich aus der Chemie selbst.

This classic experiment shows the force of the air around us. You need a glass bottle whose neck is a little narrower than a peeled hard-boiled egg, and a few thin strips of paper. With an adult's help, light the paper, drop it into the bottle and quickly set the egg on the opening. Soon after the flame goes out, the egg is squeezed through the neck and drops into the bottle, sometimes with a loud pop.

Dieses klassische Experiment zeigt die Kraft der Luft um uns herum. Man braucht eine Glasflasche, deren Hals etwas enger ist als ein geschältes hart gekochtes Ei, und ein paar dünne Papierstreifen. Zünde mit Hilfe eines Erwachsenen das Papier an, wirf es in die Flasche und setze das Ei schnell auf die Öffnung. Kurz nachdem die Flamme erloschen ist, wird das Ei durch den Hals gepresst und fällt in die Flasche, manchmal mit einem lauten Plopp.

Here is what happens. The fire heats the air in the bottle, the air expands, and some of it escapes past the egg. When the flame goes out, the air that is left cools and its pressure drops. Now the air outside pushes harder than the air inside, and it forces the egg into the bottle. People often say that the fire uses up the oxygen, but that has only a small effect; the cooling of the air does most of the work. The same difference in pressure makes suction cups stick to tiles and lets you drink through a straw. We rarely notice air pressure, but at sea level it presses on every square centimeter of your body with the weight of about one kilogram.

Folgendes passiert: Das Feuer erhitzt die Luft in der Flasche, die Luft dehnt sich aus, und ein Teil davon entweicht am Ei vorbei. Wenn die Flamme erlischt, kühlt die restliche Luft ab und ihr Druck sinkt. Nun drückt die Luft draußen stärker als die Luft drinnen und schiebt das Ei in die Flasche. Oft heißt es, das Feuer verbrauche den Sauerstoff, doch das spielt nur eine kleine Rolle; den Großteil der Arbeit erledigt das Abkühlen der Luft. Derselbe Druckunterschied sorgt dafür, dass Saugnäpfe an Fliesen haften und man mit einem Strohhalm trinken kann. Wir bemerken den Luftdruck kaum, aber auf Meereshöhe drückt er auf jeden Quadratzentimeter unseres Körpers mit dem Gewicht von etwa einem Kilogramm.

You can make a working compass with a steel sewing needle, a small magnet, a bowl of water and a leaf or a thin slice of cork. Stroke the needle with one end of the magnet about 30 times, always in the same direction. This lines up tiny magnetic regions inside the steel and turns the needle into a weak magnet for a while. Lay the needle on the leaf and float it on still water. It will slowly turn until it points north and south, in line with Earth's magnetic field.

Mit einer Nähnadel aus Stahl, einem kleinen Magneten, einer Schüssel Wasser und einem Blatt oder einer dünnen Korkscheibe kann man einen funktionierenden Kompass bauen. Streiche etwa 30 Mal mit einem Ende des Magneten über die Nadel, immer in dieselbe Richtung. Dadurch richten sich winzige magnetische Bereiche im Stahl aus, und die Nadel wird für eine Weile zu einem schwachen Magneten. Lege die Nadel auf das Blatt und lass es auf ruhigem Wasser schwimmen. Die Nadel dreht sich langsam, bis sie nach Norden und Süden zeigt, ausgerichtet am Magnetfeld der Erde.

The compass is one of the great inventions in the history of navigation. In 1088 the Chinese scholar Shen Kuo described a magnetized needle that pointed north and south, and a few decades later Chinese sailors were using compasses at sea. By the end of the 12th century they had reached Europe too. For centuries nobody knew why they worked. Only in 1600 did the English scientist William Gilbert suggest that Earth itself behaves like a giant magnet. Earth's magnetic field does more than guide compass needles: it also turns aside most of the solar wind, a stream of charged particles from the Sun, and so helps protect our atmosphere.

Der Kompass ist eine der großen Erfindungen in der Geschichte der Seefahrt. Im Jahr 1088 beschrieb der chinesische Gelehrte Shen Kuo eine magnetisierte Nadel, die nach Norden und Süden zeigte, und wenige Jahrzehnte später benutzten chinesische Seeleute Kompasse auf See. Ende des 12. Jahrhunderts waren sie auch in Europa angekommen. Jahrhundertelang wusste niemand, warum sie funktionierten. Erst im Jahr 1600 vermutete der englische Naturforscher William Gilbert, dass sich die Erde selbst wie ein riesiger Magnet verhält. Das Erdmagnetfeld lenkt nicht nur Kompassnadeln: Es lenkt auch den größten Teil des Sonnenwinds ab, eines Stroms geladener Teilchen von der Sonne, und hilft so, unsere Atmosphäre zu schützen.

Pour some whole milk into a shallow plate and add drops of different food coloring near the middle. Now dip a cotton swab in dish soap and touch it to the center of the milk. The colors suddenly rush outward and swirl around the plate in bright, changing patterns. Few experiments you can do at home look this impressive.

Gieß etwas Vollmilch in einen flachen Teller und gib Tropfen verschiedener Lebensmittelfarben in die Nähe der Mitte. Tauche nun ein Wattestäbchen in Spülmittel und berühre damit die Mitte der Milch. Plötzlich schießen die Farben nach außen und wirbeln in leuchtenden, sich ständig verändernden Mustern über den Teller. Nur wenige Experimente für zu Hause sehen so beeindruckend aus.

The explanation has to do with surface tension and fat. Water molecules at the surface of the milk pull on each other, so the surface acts a bit like a thin, stretched skin. Soap weakens this pull where it touches the milk. The rest of the surface, which still pulls strongly, drags the liquid away toward the edges and carries the colors with it. At the same time, soap molecules attach to tiny drops of fat and protein in the milk and keep the liquid moving for a while. The food coloring simply makes this movement visible. Soap cleans greasy plates in a similar way: one end of a soap molecule is attracted to water and the other end to fat, so soap surrounds bits of grease and lets the water wash them away.

Die Erklärung hat mit Oberflächenspannung und Fett zu tun. Die Wassermoleküle an der Oberfläche der Milch ziehen einander an, sodass sich die Oberfläche ein wenig wie eine dünne, gespannte Haut verhält. Spülmittel schwächt diese Anziehung dort, wo es die Milch berührt. Der Rest der Oberfläche, der noch kräftig zieht, zieht die Flüssigkeit zu den Rändern und nimmt die Farben mit. Gleichzeitig heften sich Spülmittelmoleküle an winzige Fett- und Eiweißtröpfchen in der Milch und halten die Flüssigkeit noch eine Weile in Bewegung. Die Lebensmittelfarbe macht diese Bewegung nur sichtbar. Auf ähnliche Weise reinigt Spülmittel fettige Teller: Ein Ende eines Spülmittelmoleküls wird von Wasser angezogen, das andere von Fett. So umhüllt das Spülmittel Fettreste, und das Wasser kann sie wegspülen.

Invisible ink isn't only a children's game. Spies used it for centuries, including during the American Revolution and both World Wars. The simplest version uses lemon juice. Dip a cotton swab in lemon juice and write a message on white paper. Let it dry completely, and the writing disappears. To read it, ask an adult to run a hot iron over the paper, and the letters slowly appear in brown.

Unsichtbare Tinte ist nicht nur ein Kinderspiel. Spione nutzten sie jahrhundertelang, unter anderem im Amerikanischen Unabhängigkeitskrieg und in beiden Weltkriegen. Die einfachste Variante verwendet Zitronensaft. Tauche ein Wattestäbchen in Zitronensaft und schreib eine Nachricht auf weißes Papier. Lass sie vollständig trocknen, dann verschwindet die Schrift. Um sie zu lesen, bitte einen Erwachsenen, mit einem heißen Bügeleisen über das Papier zu fahren, und die Buchstaben erscheinen langsam in Braun.

The chemistry is simple. Lemon juice contains sugars, citric acid and other substances. When they are heated, they break down and start to burn at a lower temperature than paper does, so the writing turns brown while the paper around it stays white. Part of this change is oxidation, a reaction with the oxygen in the air. Oxidation is one of the most common chemical reactions around us: it helps turn a cut apple brown and old paper yellow, and it is also what makes iron rust.

Die Chemie dahinter ist einfach. Zitronensaft enthält Zucker, Zitronensäure und andere Stoffe. Werden sie erhitzt, zersetzen sie sich und beginnen bei einer niedrigeren Temperatur zu verbrennen als Papier. Deshalb färbt sich die Schrift braun, während das Papier drumherum weiß bleibt. Ein Teil dieser Veränderung ist Oxidation, eine Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft. Oxidation gehört zu den häufigsten chemischen Reaktionen um uns herum: Sie trägt dazu bei, dass ein angeschnittener Apfel braun und altes Papier gelb wird, und sie lässt Eisen rosten.

Many famous scientists started out with very simple equipment. Michael Faraday grew up poor in London and had little schooling. At 14 he became an apprentice to a bookbinder, read the science books that passed through the shop and tried out their experiments with homemade equipment. Later, working at the Royal Institution, he discovered electromagnetic induction in 1831. This is the principle behind the generators that produce most of our electricity today.

Viele berühmte Forscher haben mit sehr einfachen Mitteln angefangen. Michael Faraday wuchs in ärmlichen Verhältnissen in London auf und ging kaum zur Schule. Mit 14 wurde er Lehrling bei einem Buchbinder, las die naturwissenschaftlichen Bücher, die durch die Werkstatt gingen, und probierte die Experimente daraus mit selbst gebauten Geräten aus. Später entdeckte er an der Royal Institution im Jahr 1831 die elektromagnetische Induktion. Auf diesem Prinzip beruhen die Generatoren, die heute den größten Teil unseres Stroms erzeugen.

Doing science is less about equipment than about a way of thinking: asking questions, planning tests, predicting what will happen and changing your ideas when the evidence says so. These skills can be learned at any age and on any budget. An experiment that doesn't go as expected isn't a failure if it leads to a new question. Some important discoveries began as surprises: Alexander Fleming found penicillin in 1928 when mold grew on one of his dishes of bacteria, Wilhelm Röntgen discovered X-rays in 1895, and Percy Spencer came up with the microwave oven after a chocolate bar melted in his pocket while he stood next to radar equipment.

Bei Wissenschaft geht es weniger um Geräte als um eine Denkweise: Fragen stellen, Versuche planen, vorhersagen, was passieren wird, und die eigenen Vorstellungen ändern, wenn die Beweise es verlangen. Diese Fähigkeiten kann man in jedem Alter und mit jedem Budget lernen. Ein Experiment, das anders verläuft als erwartet, ist kein Misserfolg, wenn es zu einer neuen Frage führt. Manche wichtige Entdeckung begann als Überraschung: Alexander Fleming fand 1928 das Penicillin, als auf einer seiner Bakterienschalen Schimmel wuchs, Wilhelm Röntgen entdeckte 1895 die Röntgenstrahlen, und Percy Spencer kam auf die Idee des Mikrowellenherds, nachdem ein Schokoriegel in seiner Tasche geschmolzen war, während er neben einem Radargerät stand.

Science is everywhere at home: in the bubbles in a glass of soda, the frost on a winter window, the colors of a sunset and the way soap removes grease. All of these everyday things can be explained, and many of them can be tested with simple experiments. In some ways a home is a good laboratory, because the questions come from real life.

Wissenschaft steckt überall im Haus: in den Bläschen in einem Glas Limonade, in den Eisblumen am Winterfenster, in den Farben eines Sonnenuntergangs und darin, wie Seife Fett löst. All diese alltäglichen Dinge lassen sich erklären, und viele kann man mit einfachen Experimenten überprüfen. In gewisser Weise ist das eigene Zuhause ein gutes Labor, weil die Fragen aus dem echten Leben kommen.

So when something in the kitchen, garden or bathroom surprises you, don't simply move on. Stop, look closely and try to work out what is behind it: a force, a chemical reaction or something alive. Noticing something odd and asking why is exactly how scientists begin.

Wenn dich also in Küche, Garten oder Bad etwas überrascht, geh nicht einfach weiter. Halte inne, schau genau hin und versuche herauszufinden, was dahintersteckt: eine Kraft, eine chemische Reaktion oder etwas Lebendiges. Etwas Seltsames zu bemerken und nach dem Warum zu fragen, ist genau der Punkt, an dem auch Forscher beginnen.