Ohne Zuordnung · Mechanik
Auftrieb in Flüssigkeiten
Im Wasser scheint ein Stein leichter zu werden. Eine Flüssigkeit drückt von unten stärker gegen einen Körper als von oben, das ergibt die Auftriebskraft FA. Sie ist so groß wie die Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit: FA = ρF · V · g. Das ist das Prinzip von Archimedes. Ob ein Körper schwimmt, schwebt oder sinkt, entscheidet der Vergleich von FA und FG.
So gehst du vor
- 1Wähle Körper und Flüssigkeit. Der Kraftmesser zeigt zuerst die Gewichtskraft in Luft.
- 2Ziehe den orangen Griff nach unten oder nimm die Knöpfe. Der Körper taucht ein, die verdrängte Flüssigkeit läuft in den Messzylinder.
- 3Übernimm die Werte in die Tabellen. Miss beim Absenken: Hebst du den Körper, sinkt der Pegel, und im Zylinder bleibt zu viel.
- 4Tippe „Faden lösen“, um zu sehen, was der Körper von selbst tut. Ohne Faden kannst du ihn mit dem Finger drücken und loslassen.
Kraftmesser
0,00 N
Eintauchtiefe
0,0 cm
Messzylinder
0 ml
Alle Körper sind Zylinder mit der Grundfläche 10 cm². Die Eintauchtiefe h ist der Abstand der Unterkante vom Flüssigkeitsspiegel, und 1 ml = 1 cm³.
Körper
Dichte ρK = 2,70 gcm³, Masse m = 135,0 g
Flüssigkeit
Dichte ρF = 1,00 gcm³
Volumen V
50 cm³Hand bewegen
Für die Tabellen gilt FA = FG − F. Tabelle C braucht den ganz eingetauchten Körper und eine bekannte Flüssigkeit.
A Kraftmesser und Eintauchtiefe
Senke den Körper schrittweise, auch noch, wenn er schon ganz eingetaucht ist. Halte ihn dabei über dem Gefäßboden.
| Nr. | Eintauchtiefe h in cm | Kraftmesser F in N |
|---|
B Auftriebskraft und verdrängtes Volumen
Fülle das Gefäß neu und senke einen sinkenden Körper in Schritten ab. Die Steigung ist ρF · g.
| Nr. | Volumen V in cm³ | Auftrieb FA in N |
|---|
C Auftriebskraft und Dichte der Flüssigkeit
Tauche denselben Körper ganz ein und wechsle die Flüssigkeit. Die Steigung ist V · g.
| Nr. | Dichte ρF in gcm³ | Auftrieb FA in N |
|---|
Aufträge
- Nimm Aluminium mit 50 cm³ und Wasser. Senke den Körper in Schritten von 1 cm und fülle Tabelle A. Beschreibe das Diagramm. Warum ändert sich die Anzeige nicht mehr, wenn der Körper ganz eingetaucht ist?
- Lies für den ganz eingetauchten Körper das Volumen im Messzylinder ab. Berechne die Gewichtskraft dieser Flüssigkeit und vergleiche sie mit FA = FG − F. Wie heißt diese Aussage?
- Fülle Tabelle B mit Wasser und bestimme daraus die Dichte. Wiederhole mit Spiritus. Hängt FA vom Material des Körpers ab? Prüfe mit Eisen und Aluminium gleichen Volumens.
- Fülle Tabelle C mit allen fünf Flüssigkeiten und bestimme aus der Steigung das Volumen des Körpers.
- Sage für Fichtenholz, Eis und PVC in Wasser voraus, was geschieht, und tippe dann „Faden lösen“. Formuliere eine Regel mit ρK und ρF. Probiere Eis auch in Spiritus und in Speiseöl.
- Stelle den Hohlkörper so ein, dass er in Wasser schwebt. Welche Masse braucht er bei 50 cm³? Wie ändert sich die nötige Masse in Salzwasser?
- Lass Eis mit 100 cm³ in Wasser schwimmen und lies die Eintauchtiefe ab. Welcher Anteil ragt heraus? Vergleiche mit ρKρF und übertrage auf einen Eisberg.
- Drücke das Fichtenholz ohne Faden ganz unter Wasser und lass los. Beschreibe die Bewegung mit den Kraftpfeilen. Beim Hineinfallen läuft mehr über, als der schwimmende Körper verdrängt. Warum?
- Bestimme die Dichte von Flüssigkeit X aus V und FA. Bestimme für Körper X in Wasser die Masse aus FG, das Volumen aus dem Messzylinder und daraus die Dichte ρK. Löse erst danach auf.