Ein interessantes Phänomen, das mit dem Druck zusammenhängt, ist die Tatsache, dass tonnenschwere Schiffe auf dem Wasser schwimmen. Weshalb gehen sie nicht unter? Der Grund ist die Auftriebskraft.
ABB Schwimmen
| Ein Körper taucht so tief in die Flüssigkeit ein, bis seine Gewichtskraft der Gewichtskraft des durch ihn verdrängten Flüssigkeitsvolumens entspricht. Dank der Lufimassen im Inneren des Schiffs ragen dabei mehrere Stockwerke aus dem Wasser heraus. |
EXP Auftriebskraft bei gleichem Volumen und unterschiedlichem Material
| Wiegen Sie einen Körper mit einer Federwaage in Luft. Wiegen Sie dann denselben Körper, wenn er zur Gänze in Wasser taucht. Was beobachten Sie? Notieren Sie die Zahlenwerte. Wie groß ist der Unterschied an Gewicht? Wie erklären Sie sich das Ergebnis? Wiederholen Sie das Experiment mit einem gleich geformten Körper aus einem anderen - vielleicht leichteren Material. Was beobachten Sie? Können Sie beide Experimente miteinander in Verbindung bringen? |
EXP Auftriebskraft Abhängigkeit von Volumen und Dichte der Flüssigkeit
Überprüfen Sie, wie sich ein Körper mit doppelt so großem Volumen verhält.
Überprüfen Sie, ob die Flüssigkeit eine Rolle spielt. Verwenden Sie statt Wasser Spiritus.
Was beobachten Sie?
Beide Körper erfahren eine Auftriebskraft `F_A`. Diese hängt vom Volumen des eingetauchten Körpers und von der Art der Flüssigkeit ab. Je dichter eine Flüssigkeit ist, desto größer ist die Auftriebskraft. Die Kraft entsteht durch die unterschiedliche Druckkraft auf der Deck-und Grundfläche des Körpers (Fu und Fo). Die Druckkraft an den beiden Seiten ist von links und rechts jeweils entgegengesetzt gleich groß. In der Horizontalen ergibt sich kein Druckunterschied. In der Vertikalen erhalten wir einen Unterschied in den Druckkräften. @LeiFi
Dieses Gesetz heißt archimedisches Prinzip.
Archimedisches Prinzip
Ein vollständig in eine Flüssigkeit eingetauchter Körper erfährt eine Auftriebskraft, die seiner Gewichtskraft entgegenwirkt.
`\rho_H`… Dichte der Flüssigkeit, `V_K`… Volumen des Körpers
Die Auftriebskraft entspricht der Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit.
Auch in der Luft erfahren alle Körper eine Auftriebskraft, sie ist viel kleiner als der Auftrieb im Wasser. Ein Ballon nützt die Auftriebskraft aus. Er steigt auf, wenn die Gewichtskraft des gesamten Ballons (Hülle + Füllgas + Last) kleiner als die Auftriebskraft ist. 1783 gelang der erste bemannte Ballonflug (Brüder Montgolfier), aber auch heute wird der Ballon noch immer als Freizeitgerät oder in der Forschung eingesetzt.