Auftrieb und Wasserverdrängung

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Alles unterliegt der Schwerkraft, d. h. wird von der Erde angezogen. Das schließt auch Wasser und Luft mit ein. Ohne Erdanziehung wären die Ozeane leer, gäbe es keine Atmosphäre!

 

Wieso aber sinken manche Dinge auf den Grund des Wassers, andere nicht? Manche Dinge können offensichtlich das Wasser verdrängen, andere nicht. Eine andere Frage in diesem Zusammenhang: Warum schwimmen Schiffe und Boote auf Wasser?

 

Hier habe ich ein schönes Wasserexperiment zu "Schwimmen und Sinken" gemacht, welches meinen Kindern sehr viel Spaß gemacht hat (besonders der letzte Teil). Das archimedische Prinzip wird so kindgerecht und verständlich aufbereitet. 

 

Ein möglichst eckiges, transparentes, großes Gefäß wird mit Wasser gefüllt. Das ist unser Ozean! Auf eine der äußeren Seiten wird ein Kreppband geklebt. Auf diesem wird mit einem Stift der Wasserstand markiert.

Wir haben daraufhin folgende Gegenstände ins Wasser "gelassen":

 

  1. ungeöffnetes, volles Marmeladenglas
  2. ein identisches, leeres Marmeladenglas mit Deckel
  3. leere Plastikflasche mit Deckel

 

Die Kinder haben jeweils die Veränderung des Wasserstandes festgehalten. Im ersten Fall singt das Marmeladenglas und der Wasserstand steigt entsprechend. Im zweiten Fall sinkt das Marmeladenglas nur teilweise ins Wasser, vergleichbar mit einem Boot. Der Wasserstand steigt auch, aber nicht so hoch wie bei Nummer 1.

Die Plastikflasche sinkt dagegen gar nicht ins Wasser, der Wasserstand bleibt unverändert.

 

Zum Schluss drücken die Kinder, die Plastikflasche unter Wasser und lassen sie dann los. Die Flasche schießt sofort wieder aus dem Wasser heraus. (Achtung! Wasser schwappt hier gerne über!) 

Auftrieb und Wasserverdrängung

Erklärung:

Feste Dinge, die übereinander gestapelt werden, können einander nicht verdrängen. Gegeben falls kann ein fester, schwerer Gegenstand einen anderen festen Gegenstand platt drücken, wie z. B. der Schwamm auf dem Bild platt gedrückt wird: Das Marmeladenglas drückt die Luft aus dem Schwamm heraus. 

 

Gase und Flüssigkeiten können jedoch verdrängt werden.

 

So ist das bei unserem Experiment auch. Grundsätzlich wehrt sich Wasser aber gegen Verdrängung. Warum sollte es auch freiwillig seinen Platz räumen?

Deswegen lässt sich die Plastikflasche nur mit Kraft unter Wasser drücken und halten. Dieser Teil des Experiments verdeutlicht sehr schön, dass im Wasser der Erdanziehung andere Kräfte entgegenwirken: der Auftrieb.

Je schwerer die Gegenstände, die ins Wasser gelassen werden, sind desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie auf den Grund des Wassers sinken: die Erdanziehung ist dann größer als der Auftrieb.

Nichtsdestotrotz kann das leere und gar nicht mal so leichte Marmeladenglas auf dem Wasser schwimmen. Es verdrängt zwar Wasser, sinkt aber nicht zu Boden, weil der Auftrieb größer ist als die Erdanziehung.

Genauso verhält es sich mit schweren und großen Schiffen, die auf den Ozeanen schwimmen können. Die Erdanziehung ist grundsätzlich groß, aber das Wasser hat auch eine große Angriffsfläche sich zu wehren. So "jagt" das Wasser das Schiff zumindest teilweise aus dem Wasser.

Neben dem Gewicht ist nämlich auch noch die Form entscheidend für die Stärke des Auftriebs (Fachbegriff: Dichte).

 

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