Warum schwimmt Holz auf dem Wasser?

Warum schwimmt Holz? Ein Tauchgang in die Physik des Auftriebs

Die Frage, warum ein Stück Holz auf dem Wasser schwimmt, erscheint auf den ersten Blick banal. Doch hinter dieser scheinbar einfachen Beobachtung verbirgt sich ein faszinierendes physikalisches Prinzip: der Auftrieb, welcher eng mit dem Konzept der Dichte verknüpft ist. Es ist nicht die absolute Masse des Holzes, die über Schwimmen oder Sinken entscheidet, sondern das Verhältnis seiner Dichte zur Dichte des umgebenden Wassers.

Archimedes, der berühmte griechische Gelehrte, formulierte bereits vor über 2000 Jahren das nach ihm benannte Prinzip: Ein Körper, der in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, wird mit einer Kraft nach oben gedrückt, die gleich dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit ist. Diese Auftriebskraft wirkt der Gewichtskraft des Körpers entgegen. Schwimmt der Körper, bedeutet dies, dass die Auftriebskraft größer oder gleich seiner Gewichtskraft ist. Sinkt er, ist die Gewichtskraft größer.

Die entscheidende Rolle spielt dabei die Dichte. Dichte wird als Masse pro Volumeneinheit definiert (kg/m³). Die Dichte von Wasser beträgt bei 4°C etwa 1000 kg/m³. Die meisten Holzarten weisen eine deutlich geringere Dichte auf. Ein Stück Holz verdrängt beim Eintauchen ins Wasser eine bestimmte Wassermenge. Das Gewicht dieser verdrängten Wassermenge entspricht der Auftriebskraft. Ist die Auftriebskraft größer als das Gewicht des Holzes – also die Dichte des Holzes geringer als die des Wassers – so schwimmt das Holz.

Es gibt jedoch Ausnahmen. Tropenhölzer beispielsweise, wie beispielsweise Palisander oder Ebenholz, besitzen eine höhere Dichte als manche andere Holzarten und können, je nach Stückgröße und Form, unter Umständen sinken. Auch die Wassertemperatur spielt eine Rolle: Kälteres Wasser ist dichter als wärmeres Wasser, was den Auftrieb geringfügig beeinflussen kann. Ähnliches gilt für die Salzkonzentration des Wassers; Salzwasser ist dichter als Süßwasser, wodurch Objekte leichter schwimmen.

Dieses Prinzip des Auftriebs erklärt nicht nur das Schwimmen von Holz, sondern auch das von Schiffen, Eisbergen und sogar von Menschen. Schwimmende Objekte verdrängen immer eine Wassermenge, deren Gewicht mindestens ihrem eigenen Gewicht entspricht. Dieses Verständnis der Dichte und des Auftriebs ist fundamental in der Physik und hat weitreichende Anwendungen in der Schifffahrt, im Bauwesen und vielen anderen Bereichen. Die scheinbar simple Frage, warum Holz schwimmt, führt uns also zu einem komplexen und faszinierenden Gebiet der Naturwissenschaften.