66 39 Statischer Auftrieb in Flüssigkeiten Im Schwimmbad kannst du beobachten, dass du dich scheinbar leichter fühlst. Du kannst sogar im Wasser kurz ohne Bewegung schwimmen, wenn du tief einatmest und die Luft anhältst. Versuch: Drücke einen Ball ganz unter Wasser. Er schnellt nach dem Loslassen nach oben und schwimmt. Auf ihn wirkt im Wasser eine Kraft, die seinem Gewicht entgegenwirkt und ihn nach oben treibt. Diese Kraft nennen wir Auftriebskraft (buoyancy) (Abb. 39.1). Versuch: Tauche eine gut schließende, kleine, leere Kunststoffbox ganz ins Wasser! Sie wird vom Wasser nach oben gedrückt. Fülle nun die Box mit gefärbtem Wasser und tauche sie wieder ein. Sie bleibt jetzt in jeder Tiefe in Ruhe, sie schwebt (Abb. 39.2). Meistens wird es notwendig sein, den kleinen Unterschied in der Dichte des Kunststoffmaterials und des Wassers auszugleichen. Man kann dazu je nach Bedarf entweder einige Massenstücke (z. B. Schraubenmuttern) in die Schachtel hineingeben oder eine kleine Luftblase belassen. Nach Abb. 39.3 wirken im Wasser auf den Quader von oben eine Kraft F1, die dem hydrostatischen Druck p1 entspricht, von unten eine Kraft F2 entsprechend dem hydrostatischen Druck p2. Die seitlichen Druckkräfte Fseitlich halten einander in jeder Höhe das Gleichgewicht. Der Druck p1 hängt von der Höhe h1 ab, der Druck p2 von der Höhe h2. Da h2 größer als h1 ist, ist auch p2 größer als p1. Dem Druckunterschied p2–p1 entspricht eine nach oben gerichtete Kraft, der Auftrieb FA. Der Auftrieb in einer Flüssigkeit entsteht durch den hydrostatischen Druck. Versuch: Gib in die leere Schachtel so viele Massenstücke, bis sie das gleiche Gewicht hat wie vorher, als sie mit Wasser gefüllt war: Tauche sie dann ganz unter und lasse sie los. Vergleiche ihr Verhalten mit dem der mit Wasser gefüllten Schachtel! Die Schachtel mit den Massenstücken hat das gleiche Gewicht wie beim vorigen Versuch und verdrängt auch das gleiche Wasservolumen. Da die Schachtel schwebt, muss auch der Auftrieb gleich sein. Der Auftrieb hängt nur von der Größe des verdrängten Wasservolumens ab. Der Auftrieb wirkt auch auf Körper, die im Wasser untergehen. Versuch: Was merkst du, wenn du einen Freund oder eine Freundin im Wasser und dann an Land zu heben versuchst? Schöpft man Wasser mit einem Eimer aus einem Bassin, erscheint uns der Eimer umso schwerer, je weiter er aus dem Wasser gezogen wird. Wir empfinden den Auftrieb als scheinbaren Gewichtsverlust des Körpers. Uns selbst erleichtert der Auftrieb das Schwimmen. Nun kannst du untersuchen, wovon der Auftrieb eines Körpers abhängt. Versuch: Baue nach Abb. 39.4a ein Stativ auf und stelle den bis zu einer bestimmten Marke mit Wasser gefüllten Messzylinder dazu: Hänge an den Kraftmesser 2N der Reihe nach den Aluminiumquader, den großen sowie den kleinen Eisenquader aus dem Versuchsgerät. Bestimme ihr Gewicht, ihr Volumen und die Gewichtsverminderung beim Eintauchen! Trage die Ergebnisse in die Tabelle 39.5 ein! Wieso ist Archimedes der Sage nach nackt durch seinen Wohnort Syrakus gelaufen? 39.1 Auftrieb 39.2 Gewicht und Auftrieb der Kunststoffbox sind gleich groß, sie schwebt. Fseitlich Fseitlich F1 F1 F2 FA h1 h2 F2 39.3 Der hydrostatische Druck als Ursache des Auftriebs. Die Pfeile veranschaulichen die auf gleich große Flächen wirkenden Kräfte. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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