Wenn ein Eiswürfel in einem Glas Wasser schmilzt, steigt, sinkt oder bleibt der Wasserstand gleich?

Der schmelzende Eiswürfel: Ein kleines Physik-Experiment im Wasserglas

Die Frage, ob der Wasserspiegel steigt, sinkt oder gleich bleibt, wenn ein Eiswürfel in einem Glas Wasser schmilzt, erscheint zunächst trivial. Doch hinter diesem alltäglichen Vorgang verbirgt sich ein faszinierendes physikalisches Prinzip: das Archimedische Prinzip.

Viele Menschen vermuten intuitiv, dass der Wasserstand steigt, schließlich kommt ja geschmolzenes Wasser hinzu. Andere denken vielleicht, dass der Eiswürfel, der aus dem Wasser ragt, beim Schmelzen den Pegel sinken lässt. Die richtige Antwort ist jedoch: Der Wasserstand bleibt gleich.

Um dieses Phänomen zu verstehen, müssen wir die Dichte von Eis und Wasser betrachten. Eis hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser – etwa 917 kg/m³ im Vergleich zu rund 1000 kg/m³ bei Wasser. Diese geringere Dichte bedeutet, dass Eis auf Wasser schwimmt. Und genau hier kommt Archimedes ins Spiel.

Das Archimedische Prinzip besagt, dass ein schwimmender Körper so viel Wasser verdrängt, wie seinem eigenen Gewicht entspricht. Der Eiswürfel taucht also so weit ins Wasser ein, bis die Gewichtskraft des verdrängten Wassers seiner eigenen Gewichtskraft entspricht. Das verdrängte Wasservolumen entspricht dabei genau dem Volumen des untergetauchten Teils des Eiswürfels.

Beim Schmelzen verändert sich die Masse des Eises nicht. Das gesamte Eis, inklusive des aus dem Wasser ragenden Teils, verwandelt sich in flüssiges Wasser. Dieses Schmelzwasser hat nun genau das Volumen, das der Eiswürfel zuvor unter Wasser verdrängt hat. Es füllt also exakt den "leeren" Raum, den der Eiswürfel unter der Wasseroberfläche eingenommen hat.

Folglich bleibt der Wasserstand im Glas konstant. Weder steigt er an, noch sinkt er ab. Es findet lediglich eine Umwandlung von festem Eis in flüssiges Wasser statt, wobei das Gesamtvolumen des Wassers im Glas unverändert bleibt.

Dieses scheinbar simple Experiment verdeutlicht die Bedeutung von Dichte und Auftrieb und zeigt, wie faszinierend die Physik des Alltags sein kann. Ein kleiner Eiswürfel im Wasserglas offenbart somit ein grundlegendes Prinzip der Naturwissenschaften.