Flüssigkeiten und Gase drücken auf eingetauchte Körper nach oben — Sport, 11–13 Jahre
Wasser und Luft können Körper, die sich in ihnen befinden, nach oben drücken. Dieser Auftrieb erklärt, warum Dinge schwimmen oder sinken und wie große Schiffe an der Oberfläche bleiben.
Eine Flüssigkeit kann dich tragen
Befindet sich ein Körper teilweise oder ganz im Wasser, drückt das Wasser von allen Seiten auf ihn, auch nach oben. Dieser Aufwärtsdruck heißt Auftrieb. Ist er gleich groß wie das Gewicht, schwimmt der Körper auf dieser Höhe; ist er kleiner, bewegt sich der Körper nach unten.
Das Problem des Schwimmens
Menschen wollten Ladung über Wasser transportieren, ohne jedes Schiff aus einem von Natur aus leichten Stoff zu bauen. Man musste erklären, warum ein schweres Stahlschiff schwimmt, während ein kleiner Stahlnagel sinkt. Die hohle Form des Schiffs verdrängt viel Wasser und erzeugt genug Auftrieb, um sein Gewicht auszugleichen.
Ein Körper im Wasser
Ein Körper wiegt 15 N und verdrängt vollständig unter Wasser 2 Liter Wasser. Ein Liter Wasser wiegt ungefähr 10 N, also erzeugen 2 Liter etwa 20 N Auftrieb nach oben. Weil 20 N größer als 15 N sind, steigt der Körper. Er stoppt, wenn er nur noch etwa 1,5 Liter verdrängt und dadurch 15 N Auftrieb erhält.
Schwer bedeutet nicht immer sinken
Es ist verständlich zu denken, dass alles, was schwerer als Wasser ist, sinken muss. Entscheidend sind aber nicht nur die Masse, sondern auch die Wassermenge, die die gesamte Form verdrängt, und die Verteilung der Masse im Volumen. Eine Stahlkugel sinkt, während derselbe Stahl als hohles Boot genug Wasser verdrängen kann, um zu schwimmen.
Schiffe, Rettungswesten und U-Boote
Schiffsrümpfe sind so geformt, dass sie im Verhältnis zu ihrem Gewicht genug Wasser verdrängen; Rettungswesten fügen um eine Person ein großes, leichtes Volumen hinzu. U-Boote verändern die Wassermenge in ihren Tanks: Lassen sie Wasser hinein, sinken sie, drücken sie Wasser hinaus, steigen sie. Diese Geräte nutzen den Auftrieb gezielt.
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