Die Sache mit der „Dichte“
K.-A.
Ob etwas schwimmt oder nicht – um das herauszufinden, vergleicht man also immer das Gewicht des Gegenstands mit dem Gewicht des Wassers, das er verdrängt. Sehen wir uns das mit dem Gewicht eines Gegenstands mal genauer an. Da kommt noch eine Sache hinzu, nämlich die „Dichte“. Und dabei geht es nicht darum, ob das Schiff dicht ist. Das ist natürlich auch wichtig. Aber der Begriff „Dichte“ ist hier ganz anders gemeint. Er gibt an, wieviel Gewicht verschiedene Objekte bei gleichem Rauminhalt haben. Nicht ganz einfach zu verstehen, aber du schaffst das!
Vergleichen wir zunächst mal zwei sehr unterschiedliche Dinge – zum Beispiel Eisen und Mehl. Man könnte jetzt denken, dass Eisen schwerer ist. Aber wenn du eine winzige Eisenkugel – klein wie eine Erbse – mit einem riesigen Berg Mehl vergleichst, dann ist der große Mehlberg schwerer als das winzige Eisenkügelchen. Ja klar, weil der Mehlberg viel größer ist. Der Vergleich ist also nicht ganz fair! Und wie wird daraus ein fairer Vergleich? Genau! Man muss beides in derselben Größe vergleichen. Und das kannst du jetzt mal selbst machen: Suche dir ein paar Gegenstände aus unterschiedlichen Materialien, die ungefähr gleich groß sind – die also ungefähr denselben „Rauminhalt“ haben. Der „Rauminhalt“ – das ist hier ein wichtiger Begriff: Das ist der Platz oder Raum, den ein Gegenstand mit seiner Länge und auch mit seiner Breite und Höhe insgesamt einnimmt. So, weiter mit dem Experiment: Leg die Gegenstände auf eine Briefwaage. Du wirst sehen: Obwohl die Gegenstände ungefähr gleich groß sind, unterscheidet sich ihr Gewicht. Ein Stein ist schwerer als ein gleich großes Stück Holz. Und ein Wattebausch, der genauso groß ist, ist viel leichter. Also: Die Dinge haben bei gleichem Rauminhalt – sie sind ja alle etwa gleich groß – ein unterschiedliches Gewicht. Und das liegt an ihrer unterschiedlichen Dichte. Was das bedeutet? Stell dir das mit der Dichte mal ganz stark vereinfacht wie bei einem Karton mit Äpfeln vor: Wenn viele Äpfel ganz dicht nebeneinander gepackt in dem Karton liegen, ist die Dichte groß. Wenn du nun zum Vergleich an einen zweiten Karton denkst, der genauso groß ist, aber mit weniger Äpfeln drin – na, dann ist die Dichte natürlich geringer. Verstanden? Beide Kartons haben denselben Rauminhalt. Aber sie haben eine unterschiedliche Dichte. So sind auch die Dinge wie Steine oder Holzstücke, die du für das Experiment mit der Waage ausgewählt hast, gleich groß – aber sie haben eine unterschiedliche Dichte. Der Stein hat eine größere Dichte als das Holz und ist dadurch bei gleicher Größe (oder gleichem Rauminhalt) schwerer.
Jetzt wieder zurück ins Wasser! Auch Wasser hat eine bestimmte Dichte. Sie beträgt 1 Gramm pro Kubikzentimeter. Ein Kubikzentimeter – das ist der Rauminhalt eines Würfels, bei dem jede Kante 1 Zentimeter misst. Der Würfel ist also 1 Zentimeter lang, 1 Zentimeter breit und 1 Zentimeter hoch. Und wenn der Würfel aus Wasser bestehen würde, dann würde er bei dieser Größe eben genau 1 Gramm wiegen. Die Dichte von Holz hängt von der Holzart ab, liegt aber meistens bei etwa einem halben Gramm pro Kubikzentimeter (manche Holzarten sind schwerer, was wir hier aber mal weglassen). Das ist also weniger als bei einem gleich großen Würfel aus Wasser. Deshalb schwimmt ein Stück Holz im Wasser.
Aber Schiffe bestehen heutzutage nicht aus Holz. Sondern aus Metall, das eine viel größere Dichte als Holz und auch als Wasser hat. Würde man das Metall, aus dem ein Schiff besteht, zu einem Würfel oder zu einer Kugel formen, so würde das sofort untergehen. Warum Schiffe trotzdem schwimmen, weißt du jetzt aber schon. Denk nochmal ans Experiment mit dem Knete-Schiff! Schiffe sind zwar sehr schwer. Aber durch ihre Form können sie so viel Wasser verdrängen, dass dieses verdrängte Wasser so viel wiegt wie das Schiff selbst.