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Archimedisches Prinzip -
Warum schwimmt ein Schiff? und
Das schwebende Ei


Das Boot und die Spirale im Wasser
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Jeder weiß aus Erfahrung, dass ein Stein ins Wasser sinkt, nicht aber ein Stück Holz. Und warum schwimmt überhaupt ein tonnenschweres Schiff aus Stahl oder ein Ponton aus Beton?

Zu dieser Frage gibt es auf dieser Seite drei Versuche: Das Experiment mit der Münze auf einem Aluboot, das mit dem schwebenden Ei und außerdem noch einen weiteren Versuch zum Thema Archimedisches Prinzip mit Wasser und Eis. Auch wird erklärt, was es mit Schiffen in Salz- und Süßwasser auf sich hat.

Physikalisch lautet die Erklärung bzw. das Prinzip des Archimedes übrigens wie folgt: Die Auftriebskraft eines Körpers in einem Medium ist ebenso groß wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums. Medium heisst es deshalb, weil das Prinzip des Archimedes nicht nur in Flüssigkeiten, sondern auch in Gasen gilt.


Was wird gebraucht?

  • Schale mit Wasser

  • Münze

  • Alufolie

Was ist zu tun?

Man baue aus der Alufolie ein kleines Schiff und lege die Münze darauf. Obwohl die Münze ohne die Alufolie untergehen würde, schwimmt sie auf dem Aluboot.


Was ist geschehen?

Das Prinzip des ArchimedesNach dem Prinip des Archimedes muss eine Münze mit einem Gewicht von beispielsweise zehn Gramm mehr als zehn Gramm Wasser verdrängen, damit sie schwimmt. Das Aluboot hilft der Münze dabei dies zu erreichen. Der Auftrieb oder die so genannte Auftriebskraft ist dann größer als die Gewichtskraft der Münze (und des Aluminiums)


Dieses Phänomen im Alltag

Ein 100 Tonnen schweres Schiff schwimmt nach dem Prinzip des Archimedes also dann, wenn es mehr als 100 Tonnen Wasser verdrängt. Darauf beruht beispielsweise auch der folgende Effekt: Ein Liter Salzwasser ist schwerer als ein Liter Süßwasser. Fährt ein Schiff von der Nordsee in die Elbe ein, so hat es plötzlich mehr Tiefgang, denn das Schiff muss dort mehr Wasser verdrängen, damit es schwimmt.
Man könnte auch sagen, dass Süßwasser eine geringere Dichte als Salzwasser hat. Unter der Dichte eines Körpers versteht man dabei die Masse eines Körpers in einem bestimmten Volumen. Hat ein Körper eine geringere Dichte als das umgebende Medium, so erfährt er einen Auftrieb und schwimmt. Hat ein Gegenstand eine geringere Dichte, so geht er unter. Ein Schwebezustand tritt dann ein, wenn ein Körper genau dieselbe Dichte besitzt. Dies demonstriert auch gut der physikalische Miniversuch mit den drei Eiern.
U-Boote besitzen für ihre Tauchgänge Tanks, die während einem Tauchgang mit Wasser und zum Auftauchen mit Luft aus Pressluftflaschen gefüllt werden. Dadurch ändert sich die mittlere Dichte des U-Bootes, was zu mehr oder weniger Auftrieb führt. Nach demselben Prinzip funktionieren die Schwimmblasen mancher Meerestiere, die diese durch im Blut gebundene Gase befüllen können.


Archimedisches Prinzip in Gasen

Die Entdeckung des berühmten Griechen funktioniert übrigens auch mit Gasen. Alles fliegt, was eine niedrigere Dichte als die Luft hat. Alle Dinge, die dieselbe Dichte wie die Luft haben, schweben und Gegenstände mit einer größeren Dichte bleiben am Boden.
Der Grieche Archimedes lebte von ungefähr 287 bis 212 vor Christus und gilt als einer der ersten Physiker der Menschheitsgeschichte. Es gibt auch ein schönes physikalisches Experiment von der Uni Bonn. Da schwimmt nämlich ein Schiff scheinbar auf Nichts.


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Experiment mit dem schwebenden EiPhysikalischer Miniversuch: Ein weiterer Versuch, der das Prinzip des Archimedes gut verdeutlicht, ist das Experiment Ein schwebendes Ei. Man nimmt dazu ein Glas, legt ein Ei hinein und fülle das Glas mit Wasser auf. In ein zweites Glas gebe man Wasser und ein paar Esslöffel Salz. Ziel ist es, nach und nach soviel Salz in das Wasser zu geben und dadurch dessen Dichte soweit zu erhöhen, dass ein Ei zunächst schwebt und - wennn man möchte - schließlich auch schwimmt. Auf dem Foto ist zu sehen, wie das Ganze am Schluss aussieht. Im ersten Fall ohne Salz ist die Auftriebskraft kleiner als die Gewichtskraft. Im zweiten Fall ist die Auftriebskraft genau gleich der Gewichtskraft - man hat ein schwebendes Ei - und im dritten Fall ist die Auftriebskraft gößer als die Gewichtskraft.


Physikalischer Miniversuch: Angenommen man hat ein Glas mit einem Eiswürfel und fülle dieses randvoll mit Wasser. Was passiert, wenn das Eis schmilzt? Läuft das Glas über oder nicht? Interessant ist diese Frage vor allem im Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt: Inwieweit ändert sich der Meeresspiegel, wenn die Polkappen tatsächlich abschmelzen?
Macht man den Versuch, stellt man fest, dass das Glas NICHT überläuft. Eis, das im Meer schwimmt wie etwa in der Arktis (Nordpol), verändert den Meeresspiegel also nicht. Anders verhält es sich natürlich mit Eis, dass sich auf Landmassen befindet, abtaut und in das Meer fließt wie etwa in der Antarktis.


 


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