Wie schwer ist 1 kg im Wasser?

Das trügerische Gewicht: Warum wiegt ein Kilogramm im Wasser weniger?

Wir alle kennen das Gefühl: Hebt man einen schweren Gegenstand unter Wasser an, erscheint er plötzlich viel leichter. Doch was steckt hinter diesem Phänomen? Wiegt ein Kilogramm im Wasser tatsächlich weniger? Die Antwort ist ein differenziertes Ja. Während die Masse konstant bleibt, verändert sich die Gewichtskraft, die wir wahrnehmen. Ein Kilogramm Masse entspricht auf der Erde einer Gewichtskraft von etwa 10 Newton. Taucht man diesen Kilogramm schweren Gegenstand ins Wasser, so reduziert sich die nach unten wirkende Kraft auf etwa 9 Newton. Das bedeutet, er fühlt sich leichter an, obwohl seine Masse unverändert ist.

Der Grund dafür ist der Auftrieb, eine Kraft, die der Schwerkraft entgegenwirkt. Jeder Körper, der in eine Flüssigkeit eintaucht, verdrängt eine bestimmte Menge dieser Flüssigkeit. Die verdrängte Flüssigkeitsmenge entspricht dem Volumen des eingetauchten Körperteils. Archimedes, ein griechischer Gelehrter der Antike, entdeckte diesen Zusammenhang und formulierte das nach ihm benannte Archimedische Prinzip: Die Auftriebskraft entspricht der Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit.

Konkret bedeutet das: Taucht man einen 1 kg schweren Gegenstand ins Wasser, verdrängt er ein bestimmtes Wasservolumen. Dieses Wasservolumen hat eine gewisse Masse und somit auch eine Gewichtskraft. Diese Gewichtskraft drückt den Gegenstand nach oben und wirkt der Schwerkraft entgegen. Die resultierende Kraft, die wir als Gewicht wahrnehmen, ist die Differenz zwischen der Schwerkraft und der Auftriebskraft.

Die Dichte spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Die Dichte von Wasser beträgt etwa 1000 kg/m³. Ein Gegenstand mit einer geringeren Dichte als Wasser, wie beispielsweise Holz, schwimmt an der Oberfläche, da die Auftriebskraft größer ist als die Schwerkraft. Ein Gegenstand mit einer höheren Dichte als Wasser, wie beispielsweise Eisen, sinkt hingegen ab, da die Schwerkraft die Auftriebskraft überwiegt.

Im Fall unseres Kilogramms hängt die Auftriebskraft vom Volumen des Gegenstands ab. Besitzt der Gegenstand ein Volumen von einem Liter (entsprechend einem Kubikdezimeter), so verdrängt er genau einen Liter Wasser. Da ein Liter Wasser eine Masse von einem Kilogramm und somit eine Gewichtskraft von etwa 10 Newton hat, entspricht die Auftriebskraft in diesem Fall der Schwerkraft. Der Gegenstand würde im Wasser schweben.

Ist das Volumen des Gegenstands kleiner als ein Liter, so ist die Auftriebskraft geringer als die Schwerkraft, und der Gegenstand sinkt. Die resultierende Gewichtskraft im Wasser ist jedoch geringer als die Gewichtskraft an der Luft, da die Auftriebskraft einen Teil der Schwerkraft kompensiert. Im Falle eines kompakten Gegenstands mit einer Dichte deutlich größer als Wasser, wie beispielsweise einem Metallgewicht, beträgt die Auftriebskraft nur einen Bruchteil der Schwerkraft. Die Gewichtsreduktion im Wasser ist zwar messbar, aber im Vergleich zum Gewicht an der Luft relativ gering. In diesem Fall beträgt das Gewicht im Wasser etwa 90% des Gewichts in der Luft, was ungefähr 9 Newton entspricht. Daher fühlt sich ein Kilogramm im Wasser leichter an, obwohl seine Masse unverändert bleibt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Gewichtskraft eines Gegenstands im Wasser durch den Auftrieb reduziert wird. Die Auftriebskraft hängt vom Volumen des eingetauchten Körperteils und der Dichte der Flüssigkeit ab. Die resultierende Gewichtskraft, die wir wahrnehmen, ist die Differenz zwischen der Schwerkraft und der Auftriebskraft. Ein Kilogramm fühlt sich im Wasser leichter an, obwohl seine Masse konstant bleibt.