Turtle Submarine
Als Auftrieb bezeichnet man eine der Schwerkraft entgegengesetzte Kraftwirkung in Flüssigkeiten oder Gasen.
Man unterscheidet
- den durch Verdrängung des umgebenden Mediums hervor gerufenen statischen Auftrieb
und
- den durch Umströmung hervorgerufenen dynamischen Auftrieb.
Zitat:
[...]
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.
[...]
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.
Elb-, Weser- und Jademündung
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.
- Ein Schwebezustand tritt dann ein, wenn ein Körper genau dieselbe Dichte besitzt.
- Hat ein Gegenstand eine größere Dichte, so beginnt er zu sinken
Querschnitt eines U-Boots
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.
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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
- Gegenstände mit einer größeren Dichte bleiben am Boden.
(Am Beispiel des U-Boots in der Animation sieht man, dass
- das Schwimmen,
- das Schweben,
und
- das Sinken
das Zusammenspiel von Auftriebskraft FA und Gewichtskraft Fg ist.
Durch das Fluten von Balasttanks wird
die Gewichtskraft Fg erhöht.
- Die Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeitsmenge - die Auftriebskraft FA - bleibt stets gleich.
Damit ergibt
sich:
1. FA = r
· V · g
- Dichte r der Flüssigkeit
- Volumen V
- Gravitationsbeschleunigung g
weiter:
Physikalischer 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.
- 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?
Mechanik der Flüssigkeiten und Gase
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.
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