Warum sinkt man nicht im Wasser?

Auftriebskraft: Warum sinkt man nicht im Wasser?

Wenn man einen Gegenstand ins Wasser legt, scheint er an Gewicht zu verlieren. Das ist kein optischer Trugschluss, sondern ein physikalisches Phänomen, das als Auftrieb bezeichnet wird.

Die Grundlagen der Auftriebskraft

Die Auftriebskraft ist eine nach oben gerichtete Kraft, die einem in eine Flüssigkeit eingetauchten Körper entgegenwirkt. Sie entsteht dadurch, dass die Flüssigkeit den Körper verdrängt. Das Volumen der verdrängten Flüssigkeit entspricht dem Volumen des eingetauchten Teils des Körpers.

Nach dem Archimedischen Prinzip ist die Auftriebskraft gleich dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit:

FA = ρ⋅g⋅V

Dabei ist:

• FA die Auftriebskraft
• ρ die Dichte der Flüssigkeit
• g die Erdbeschleunigung
• V das Volumen des verdrängten Teils des Körpers

Faktoren, die die Auftriebskraft beeinflussen

Die Auftriebskraft hängt von folgenden Faktoren ab:

• Dichte der Flüssigkeit: Je höher die Dichte der Flüssigkeit, desto größer ist die Auftriebskraft. Beispielsweise ist die Auftriebskraft in Salzwasser größer als in Süßwasser.
• Volumen des verdrängten Teils: Je größer das Volumen des verdrängten Teils, desto größer ist die Auftriebskraft. Aus diesem Grund sinken große Schiffe nicht, selbst wenn sie viel wiegen.
• Dichte des eingetauchten Körpers: Je geringer die Dichte des eingetauchten Körpers, desto größer ist die Auftriebskraft. Menschen haben eine geringere Dichte als Wasser, deshalb schwimmen sie.

Warum man nicht sinkt

Man sinkt nicht, wenn die Auftriebskraft größer ist als die Gewichtskraft des Körpers. Die Gewichtskraft ist die nach unten gerichtete Kraft, die auf den Körper durch die Erdanziehungskraft ausgeübt wird:

FG = m⋅g

Dabei ist:

• FG die Gewichtskraft
• m die Masse des Körpers

Wenn die Auftriebskraft größer ist als die Gewichtskraft, wirkt eine resultierende Kraft nach oben auf den Körper. Diese Kraft ermöglicht es dem Körper, im Wasser zu schwimmen.

Beispiele für Auftrieb

Das Prinzip der Auftriebskraft findet in vielen Bereichen Anwendung:

• Schifffahrt: Schiffe schwimmen, weil die Auftriebskraft des Wassers größer ist als ihre Gewichtskraft.
• Schwimmen: Menschen schwimmen, weil ihre Körperdichte geringer ist als die Wasserdichte.
• Tauchboot: Tauchboote können auftauchen oder abtauchen, indem sie ihre Dichte durch Ein- oder Auspumpen von Wasser verändern.
• Luftballons: Heliumgefüllte Luftballons steigen auf, weil die Auftriebskraft der Luft größer ist als ihre Gewichtskraft.

Die Auftriebskraft ist ein grundlegendes physikalisches Prinzip, das sowohl im Alltag als auch in der Technik eine wichtige Rolle spielt.