Wie kann man Schwimmen und Sinken einfach erklären?

Schwimmen oder Sinken: Ein Spiel mit der Dichte

Warum schwimmt ein Schiff aus Stahl, während ein kleiner Stein sofort auf den Grund sinkt? Die Antwort liegt in einem faszinierenden physikalischen Prinzip: der Dichte. Es ist nicht einfach die Masse eines Objekts, die über Schwimmen oder Sinken entscheidet, sondern das Verhältnis von Masse zu Volumen – eben die Dichte.

Stell dir vor, du hast zwei gleich große Würfel: einen aus Blei und einen aus Holz. Der Bleiwürfel ist viel schwerer als der Holzwürfel, er hat also eine höhere Masse. Diese Masse verteilt sich aber auf das gleiche Volumen wie beim Holzwürfel. Das bedeutet: Blei hat eine deutlich höhere Dichte als Holz.

Nun tauchen wir beide Würfel ins Wasser. Das Wasser übt einen Auftrieb auf beide Würfel aus. Dieser Auftrieb ist die Kraft, die das Wasser nach oben auf den Würfel ausübt, und hängt vom verdrängten Wasser ab: Je mehr Wasser verdrängt wird, desto größer der Auftrieb.

Der Bleiwürfel ist so dicht, dass er, um den Auftrieb zu erzeugen, der seinem Gewicht entspricht, nur ein sehr kleines Volumen Wasser verdrängen müsste. Er verdrängt jedoch weniger Wasser als sein eigenes Gewicht entspricht, daher überwiegt die Gravitationskraft (das Gewicht) und der Würfel sinkt.

Der Holzwürfel hingegen ist weniger dicht. Um seinen geringen Gewicht auszugleichen, muss er nur wenig Wasser verdrängen. Der Auftrieb des verdrängten Wassers ist größer als die Gewichtskraft des Holzes, daher schwimmt der Holzwürfel.

Vereinfacht ausgedrückt:

• Sinken: Ein Objekt sinkt, wenn seine Dichte größer ist als die Dichte des Wassers (ca. 1 g/cm³). Seine Gewichtskraft ist größer als der Auftrieb.
• Schwimmen: Ein Objekt schwimmt, wenn seine Dichte kleiner ist als die Dichte des Wassers. Sein Auftrieb ist größer als seine Gewichtskraft.

Aber was ist mit Schiffen? Schiffe bestehen zwar aus Stahl (hochdicht!), doch ihre Form ist entscheidend. Sie verdrängen ein riesiges Volumen Wasser, wodurch ein immenser Auftrieb entsteht, der das Gewicht des Schiffes – inklusive Ladung – problemlos kompensiert. Das Prinzip bleibt also dasselbe: Die mittlere Dichte des Schiffes (inkl. des verdrängten Wassers) ist geringer als die Dichte des Wassers.

Das Verständnis von Dichte und Auftrieb ist nicht nur für das Verständnis von Schwimmen und Sinken essentiell, sondern auch für viele andere Bereiche der Physik und Technik, von der Konstruktion von U-Booten bis hin zur Wettervorhersage. Es ist ein grundlegendes Prinzip, das unsere Welt maßgeblich beeinflusst.