Schwimmen - Schweben - Sinken

Ich liebe das Meer. Und daher freue ich mich über jede Gelegenheit, die ich an, in oder auf dem schönsten Element verbringen darf. Man kann sich also vorstellen, wie begeistert ich war, als ich vor einigen Jahren die Gelegenheit hatte, einen Segeltörn mit einem wunderschönen Zweimast-Klipper zu unternehmen. Bei herrlichstem Sonnenschein erkundete ich das Boot. Ich entschied mich für das Netz unter dem Klüverbaum, das mir als über dem Wasser frei schwebende Hängematte dienen sollte. Meine neue Sonnenbrille, die bis zu dem Zeitpunkt noch da saß, wo eine Brille hingehört, verlagerte ich vorsichtshalber von der Nase an den oberen Saum meines Träger-Tops. Und beim ersten Schritt ins Netz war es auch schon passiert: Mein "Nasenfahrrad" trat selber in die Pedale und steuerte unaufhaltsam gen Wasser zu. Unter einer kleinen Schaumkrone sah ich es versinken. Doch warum - so stellte sich mir aufdringlich die Frage - schwamm meine Brille nicht wie das Schiff? Ist sie doch um ein Vielfaches leichter. Das hängt mit der Dichte sowie dem Kräfteverhältnis zusammen, in dem sich die Körper befinden. Ist die Kraft, die den Körper nach oben drückt kleiner als die Erdanziehungskraft, die er erfährt, dann sinkt er. Wie meine Sonnenbrille. Sind beide Kräfte gleich, dann schwebt er. Schiffe schwimmen also darum, weil der ins Wasser eingetauchte Teil des Schiffes leichter ist als das Wasser, das er verdrängt. Und damit ein Boot auch zuverlässig konstruiert werden kann, führt die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig Präzisionsbestimmungen der Dichte und des Volumens von Festkörpern durch. So kann ich beruhigt sein, dass meine nächste Reise mit einem Schiff für mich nicht so enden wird wie für meine Sonnenbrille. (mse)

Cartesianischer Taucher auf Archimedes-Kurs

Das Archimedische Prinzip ist der Grund dafür, dass tonnenschwere Schiffe schwimmen. Es besagt, dass die Auftriebskraft eines Körpers in einem Medium wie zum Beispiel Wasser genau so groß wie die Gewichtskraft ist, die das von ihm verdrängte Medium besitzt. Schiffe verdrängen Wasser und erhalten dadurch Auftrieb. Der Auftrieb ist die Kraft, die Flüssigkeiten auf die in ihnen befindlichen Körper ausüben. Und da die mittlere Dichte - also der Abstand der einzelnen Teilchen zueinander - des Schiffes aufgrund der großen Lufträume geringer als die des verdrängten Wassers ist, schwimmt es. Damit es sich in einem stabilen Gleichgewicht befindet, benötigt das Schiff einen bestimmten Tiefgang. Wenn es bei Störungen tiefer eintaucht, sorgt der Tiefgang dafür, dass sich der Auftrieb vergrößert und das Boot wieder nach oben gehoben wird. Wird es jedoch zu hoch gehoben, nimmt der Auftrieb ab und es wird aufgrund der Schwerkraft wieder ins Wasser zurückgezogen. Daher spricht man auch vom statischen Auftrieb, da er gegen die Schwerkraft wirkt. Ein anderes Beispiel hierfür sind Heißluftballons, die mit warmer Luft oder Traggas wie Helium gefüllt sind; diese Füllgase habe eine geringere Dichte als die den Ballon umgebende kalte Luft. Den Zusammenhang von Auftrieb und Gewichtskraft kann man auch sehr anschaulich mithilfe Cartesianischer Taucher - auch Flaschenteufel genannt - demonstrieren. Hierbei handelt es sich um in mit Wasser gefüllten Flaschen befindliche Figuren mit einer kleinen Öffnung, die in einem ihnen um den Bauch gewundenen Schwanz enthalten ist. Füllt sich der Flaschenteufel mit Wasser, sinkt er zu Boden. Bei einer entsprechenden in ihm enthaltenen Menge Luft steigt er nach oben. Ist der Taucher in eine Flasche eingelassen, auf die man Druck ausüben kann, so verkleinert sich das Luftvolumen des Tauchers bei steigendem Druck. Dadurch nimmt der Auftrieb ab und der Taucher sinkt. Reduziert man den Druck, nimmt die Luftblase des Tauchers zu und er steigt nach oben. Damit kann man festhalten: Ist der Auftrieb kleiner als die Gewichtskraft, sinkt der Körper. Ist sie größer, steigt der Körper und schwimmt. Und wenn Auftrieb und Gewichtskraft identisch sind, schwebt der Körper. (mse)