Theorie:
Befindet sich ein Körper in einer Flüssigkeit oder in einem Gas, wirkt auf ihn die Kraft, die der Gewichtskraft entgegengerichtet ist. Sie wird Auftriebskraft genannt.
Archimedes von Syrakus (287-212 J.v.Chr.)
1. Ist die Auftriebskraft größer als die Gewichtskraft, steigt der Körper in der Flüssigkeit bzw. im Gas auf, z.B. fliegt ein mit Helium gefüllter Ballon nach oben.
2. Ist die Auftriebskraft gleich groß wie die Gewichtskraft, so ist die Gesamtkraft \(0\), der Körper schwebt in der Flüssigkeit in einer bestimmten Tiefe.
3. Ist die Auftriebskraft kleiner als die Gewichtskraft, so sinkt der Körper nach unten.
Wird der Körper völlig in die Flüssigkeit (ins Gas) eingetaucht, ist die Auftriebskraft gleich dem Volumen der vom Körper verdrängten Flüssigkeitsmenge (bzw. Gasmenge).
Die Auftriebskraft wird mit der folgenden Formel berechnet:
Warum?
, wobei \(m\) die Flüssigkeitsmenge ist, , deshalb ist die vom Körper verdrängte Flüssigkeitsmenge gleich . Die Auftriebskraft entspricht dieser Flüssigkeitsmenge.
Schiffe werden zwar aus Stahl hergestellt, aber in ihren Konstruktionen gibt es viel Luft, deshalb ist die gesamte Dichte eines Schiffes kleiner als die Dichte des Wassers.
Der Teil eines Schiffes, der sich unter Wasser befindet hat ein großes Volumen und verdrängt so viel Wasser, dass die Auftriebskraft so groß wird, dass das Schiff nicht sinkt.
Die Länge des Schiffs Silver Shadow beträgt \(186\) Meter, der Tiefgang macht \(6,12\) Meter aus. Das Gesamtgewicht des Schiffs beträgt \(28\) \(258\) Tonnen.
Das moderne Unterseeboot, das in in die Tiefe von \(40\) Meter sinken kann.
Die Kontrolle der Durchschnittsdichte eines Unterseeboots erfolgt durch das Regulieren der Wassersmenge in den Kammern des U-Bootes, werden sie mit Wasser gefüllt, so sinkt das U-Boot. Wird das Wasser durch die Druckluft ersetzt, so taucht das U-Boot auf.
Quellen:
Silver Shadow - GEORGE STAMATIS / Shutterstock.com