Der Wettkampf: Auftriebskraft gegen Gewichtskraft
K.-A.
Aber wovon hängt es nun ab, ob etwas schwimmt oder nicht? Wie wird der Wettkampf zwischen den beiden Kräften – der Gewichtskraft, die nach unten wirkt, und der Auftriebskraft, die nach oben wirkt – entschieden? Oder anders gefragt: Wie stark muss die Auftriebskraft sein, damit sie gegen die Gewichtskraft siegt, sodass ein Schiff schwimmt und nicht untergeht?
Denk jetzt nochmal an das Knete-Experiment, das Sina im Video vorführt. Du kannst es ja auch mal selbst ausprobieren. Mach aus der Knete erst eine Kugel und dann ein Schiff. Am besten nimmst du dafür ein ganz normales Glas, das du etwa zur Hälfte mit Wasser füllst (das Glas muss möglichst schlank sein, darf also nicht zu breit sein). Markiere dabei mit einem Filzstift erst den Wasserstand, bevor du die Knete hineintust, und mach danach zwei weitere Striche: Wie hoch steht das Wasser, wenn du die Kugel eingetaucht hast? Und wie hoch steht das Wasser, wenn das Knete-Schiff darin schwimmt? Du wirst sehen: Wenn die Kugel ins Wasser taucht, steigt der Wasserstand. Klar: Die Kugel braucht Platz und nimmt daher etwas Raum ein – man sagt: Sie verdrängt etwas Wasser. Hol die Kugel vorsichtig mit einem Löffel wieder heraus – aber so, dass kein Tropfen Wasser verloren geht! Im Glas muss jetzt noch genauso viel Wasser sein wie vorher, als du den Wasserstand ganz zu Beginn markiert hast. Wenn nun im zweiten Durchgang das Knete-Schiff ins Wasser kommt, steigt der Wasserstand wieder an. Aber wenn du jetzt deine Markierungen vergleichst, wirst du feststellen: Beim Knete-Schiff ist der Wasserstand etwas höher als bei der Knete-Kugel! Das bedeutet: Das Knete-Schiff hat mehr Wasser verdrängt als die Knete-Kugel. Und das ist jetzt der entscheidende Punkt: Je mehr Wasser verdrängt wird, umso besser. Denn ob ein Gegenstand schwimmt oder untergeht, hängt davon ab, wieviel Wasser er verdrängt. Genauer gesagt hängt es davon ab, wieviel das verdrängte Wasser wiegt. Wenn das Gewicht des Gegenstands größer ist als das Gewicht des verdrängten Wassers, dann sinkt der Gegenstand. Wenn das Gewicht des Gegenstands aber kleiner ist als das Gewicht des verdrängten Wassers, dann schwimmt er. Also: Ein Schiff, das 100 Tonnen wiegt, muss mindestens 100 Tonnen Wasser verdrängen können. Wenn es so geformt ist, dass es sogar 120 Tonnen Wasser verdrängen kann: noch besser! Dann kann es noch bis zu 20 Tonnen Ladung mitnehmen. Wenn es nur 80 Tonnen Wasser verdrängen kann – nicht gut! Denn dann geht es unter.
Nochmal zur Verdeutlichung: Die Knete-Kugel und das Knete-Schiff wiegen beide gleich viel – es ist ja dasselbe Stück Knete. Aber durch die unterschiedliche Form verdrängt die Kugel weniger Wasser als die Schiff-Form. Da ist also das Knete-Schiff durch seine Form im Vorteil: Es kann mehr Wasser verdrängen als die Kugel und sogar mehr, als es selbst wiegt. Das ist auch bei echten Schiffen so und deshalb schwimmen sie. Große Schiffe sind sehr, sehr schwer. Aber durch ihre Form können sie so viel Wasser verdrängen, dass dieses verdrängte Wasser genau so schwer ist wie das gesamte Schiff.