Wie viel Wasser verdrängt ein Eiswürfel?

Das Geheimnis der Eiswürfel: Wie viel Wasser verdrängen sie wirklich?

Ein Eiswürfel im Glas – ein alltägliches Bild, das uns im Sommer eine willkommene Abkühlung verschafft. Doch hinter diesem simplen Anblick verbirgt sich ein faszinierendes physikalisches Prinzip. Wie viel Wasser verdrängt so ein Eiswürfel eigentlich? Und warum schwimmt er überhaupt?

Die Archimedes-Kraft: Ein Eiswürfel im Gleichgewicht

Die Antwort liegt in der sogenannten Archimedes-Kraft, benannt nach dem griechischen Gelehrten Archimedes von Syrakus. Diese besagt, dass ein Körper, der in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, eine Auftriebskraft erfährt, die genauso groß ist wie das Gewicht der von ihm verdrängten Flüssigkeit.

Für unseren Eiswürfel bedeutet das: Er schwimmt, weil die Auftriebskraft, die vom verdrängten Wasser auf ihn wirkt, genauso groß ist wie seine eigene Gewichtskraft. Das heißt, die Masse des Eiswürfels entspricht der Masse des von ihm verdrängten Wassers.

Eiswürfel vs. Wasser: Eine Frage der Dichte

Warum schwimmt der Eiswürfel überhaupt und geht nicht unter? Das hängt mit der Dichte zusammen. Eis hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser. Das bedeutet, dass ein Eiswürfel mit dem gleichen Volumen wie eine bestimmte Menge Wasser weniger wiegt. Aufgrund dieser geringeren Dichte verdrängt der Eiswürfel beim Eintauchen in Wasser gerade so viel Wasser, dass das Gewicht des verdrängten Wassers dem Gewicht des Eiswürfels entspricht – und so schwimmt er.

Die Sache mit dem Salzwasser: Eine kleine, aber feine Unterscheidung

Interessanterweise ändert sich die Situation minimal, wenn wir anstatt von reinem Wasser Salzwasser verwenden. Salzwasser hat eine höhere Dichte als reines Wasser. Das bedeutet, dass ein Kubikzentimeter Salzwasser mehr wiegt als ein Kubikzentimeter reines Wasser.

Da der Eiswürfel aber weiterhin die gleiche Masse an Flüssigkeit verdrängen muss, um zu schwimmen, verdrängt er in Salzwasser ein kleineres Volumen als in reinem Wasser.

Ein Rechenbeispiel zur Verdeutlichung:

Nehmen wir einen Eiswürfel mit einer Masse von 10 Gramm.

• In reinem Wasser verdrängt er nahezu 10 Kubikzentimeter Wasser. (Die Dichte von reinem Wasser beträgt etwa 1 Gramm pro Kubikzentimeter)
• In Salzwasser verdrängt er etwas weniger als 10 Kubikzentimeter Salzwasser, da Salzwasser eine höhere Dichte hat. Die genaue Menge hängt von der Salzkonzentration ab.

Fazit: Mehr als nur ein kalter Klumpen

Ein Eiswürfel ist also mehr als nur ein kalter Klumpen, der unser Getränk kühlt. Er ist ein kleines, schwimmendes Physikexperiment, das uns die Gesetze der Archimedes-Kraft und die Bedeutung der Dichte vor Augen führt. Ob im reinen Wasser oder im Salzwasser, er verdrängt immer die gleiche Masse an Flüssigkeit, um im Gleichgewicht zu bleiben. Und gerade diese kleinen Nuancen machen die Welt der Physik so faszinierend!