Physik
Auftrieb
Warum ein Stahlschiff schwimmt, eine Stahlkugel aber sinkt: Das Wasser drückt zurück.
Das brauchst du vorher
Im Schwimmbad fühlst du dich fast schwerelos, und ein riesiges Containerschiff aus Stahl liegt ruhig im Hafen, obwohl Stahl viel schwerer ist als ein gleich großes Stück Wasser. Beides hat denselben Grund: Wasser drückt von unten gegen alles, was eintaucht. Diese Kraft heißt Auftrieb, und in diesem Kapitel findest du heraus, wovon sie abhängt.
Das Wasser drückt von unten
Tauchst du einen Ball unter Wasser, spürst du sofort, wie er nach oben gedrückt wird. Diese nach oben gerichtete Kraft heißt Auftriebskraft. Sie wirkt gegen die , die den Körper nach unten zieht. Du kannst sie sogar messen: Hängst du einen Stein an eine und tauchst ihn ins Wasser, zeigt die Waage plötzlich weniger an. Die Differenz ist genau die Auftriebskraft.
Das verdrängte Wasser entscheidet
Schon Archimedes hat es in der Badewanne bemerkt: Wer eintaucht, schiebt Wasser zur Seite. Genau dieses verdrängte Wasser bestimmt den Auftrieb. Die Auftriebskraft ist so groß wie die Gewichtskraft des verdrängten Wassers. Als Faustregel: 1 Liter verdrängtes Wasser bringt etwa 10 N Auftrieb. Tauche einen Körper einmal ganz unter: Ist der Auftrieb dann größer als seine Gewichtskraft, steigt er auf und schwimmt an der Oberfläche. Ist er kleiner, sinkt der Körper. Sind beide gleich groß, schwebt er im Wasser. Kurz gesagt: Es zählt, ob ein Körper leichter ist als das gleich große Stück Wasser, das er verdrängt. Ein Holzwürfel ist leichter als ein Wasserwürfel derselben Größe, ein Steinwürfel schwerer.
Entscheidend ist der Vergleich mit der Dichte von Wasser (1,0 g/cm³).
Warum schwimmt ein Stahlschiff?
Eine massive Stahlkugel sinkt, denn sie verdrängt nur wenig Wasser im Vergleich zu ihrem Gewicht. Ein Schiff aus demselben Stahl ist aber hohl gebaut: Sein Rumpf ist voller Luft und schiebt eine riesige Menge Wasser zur Seite. Dadurch wird der Auftrieb so groß wie das Gewicht des ganzen Schiffs, und es schwimmt. Nicht das Material entscheidet, sondern die Form.
Schweben wie ein U-Boot
Ein U-Boot kann sein Gewicht verändern: Es lässt Wasser in seine Tanks, um schwerer zu werden und zu sinken, und presst das Wasser mit Luft wieder hinaus, um aufzutauchen. Sind Gewichtskraft und Auftrieb genau gleich, schwebt es in der Tiefe. Taucherinnen und Taucher machen es genauso: Mit Bleigewichten und einer aufblasbaren Weste stellen sie ihr Gleichgewicht ein.
Aufgaben
0 von 6 gelöstZeit zum Ausprobieren. Du kannst nichts kaputt machen, jeder Versuch zählt.
In welche Richtung wirkt die Auftriebskraft?
Ein Stein hängt an einer Federwaage. In Luft zeigt sie 8 N, im Wasser nur 5 N. Wie groß ist die Auftriebskraft in N?
Warum schwimmt ein Schiff aus Stahl?
Die Auftriebskraft ist genauso groß wie die Gewichtskraft des … Wassers.
Ein Körper verdrängt 2 Liter Wasser. 1 Liter verdrängtes Wasser bringt etwa 10 N Auftrieb. Wie groß ist die Auftriebskraft in N?
Ein Körper ist vollständig unter Wasser. Ordne jedem Verhalten die passende Bedingung zu.
Damit geht es weiter