A texto in extenso 4 by TANGRAM

Das Archimedisches Prinzip

Hast du dich schon einmal gefragt, warum Schiffe auf dem Wasser schwimmen, obwohl sie so schwer sind?

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Das können wir mit dem Archimedisches Prinzip erklären, denn vor mehr als 2000 tausend Jahre hat diese Frage schon den Mathematiker, Physiker und Ingenieur Archimedes (285 Syrakus - 212 Syrakus v. Chr.) beschäftigt.

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Mit diesem Prinzip können wir begreifen, warum Körper in einer Flüssigkeit wie das Wasser sinken:

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schweben

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steigen, wenn wir sie unter Wasser drĂźcken

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oder schwimmen kĂśnnen.

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Um das Prinzip verstehen zu können, müssen wir zuerst einige Konzepte nennen, die einbezieht sind:

•

Schwerkraft ist die Kraft mit der ein Körper von der Erde angezogen wird. Auftriebskraft ist Druck nach oben.

•

Dichte

•

ist das Verhältnis der Masse des Körpers zu seinem

Volumen

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Ob ein Körper sinkt, schwebt, steigt oder schwimmt, hängt von Verhältnis zwischen seiner Gewichtskraft, und der auf ihn in entgegengesetzter Richtung wirkenden Auftriebskraft ab. Aber, du kannst dich fragen was Kraft ist: Kraft ist die Größe, die den Bewegungsstand eines Körpers ändert.

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So können wir es zuerst einfach erklären: 1. Ein Körper sinkt nach unten, wenn die Schwerkraft größer als die Auftriebskraft ist z. B. : Auto im Wasser 2. Ein Körper schwebt in einer bestimmten Tiefe bzw. Höhe, wenn die Schwerkraft genauso groß wie die Auftriebskraft ist. Beispiel: Fisch in einer bestimmten Tiefe. 3. Ein Körper steigt nach oben, wenn die Schwerkraft kleiner als die Auftriebskraft ist. Beispiel: Ball, den man unter Wasser drückt. 4. Ein Körper schwimmt, wenn die Schwerkraft genauso groß wie die Auftriebskraft ist, wobei sich ein Teil des Körpers außerhalb der Flüssigkeit befindet. Beispiel: Schiffe oder Ente. Anderseits hat die Dichte etwas mit Masse und Volumen zu tun. Aber, was ist Volumen? Volumen ist ganz vereinfacht gesagt die Größe eines bestimmten Dings, oder noch besser gesagt der Rauminhalt. Dabei ist es wichtig im Kopf zu haben, dass Dinge die gleiche Masse haben können, aber ein unterschiedliches Volumen besitzen! Zum Beispiel – falten wir

einen Schiff aus Papier, er hat ein größeres Volumen als die gleiche Masse dieses selbe Papier zur Kugel zerknüllt.

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Der Unterschied ist aber in Ernst zu nehmen, denn während der Schiff schwimmt, geht die Kugel nach unten - und doch haben beide die gleiche Masse.

Dichte ist also das Verhältnis von Masse zu Volumen.

V Der Schiff hat ein großes Volumen - und somit eine geringere Dichte. Die Kugel hat ein kleines Volumen und damit eine größere Dichte. Damit etwas im Wasser schwimmt muss seine Dichte aber geringer sein als die des Wassers. Demzufolge geht die Kugel nach unten, während der Schiff schwimmt. Der Schiff erfährt Auftriebskraft, auch die Kugel erfährt Auftriebskraft, aber der ist in diesem Falle zu gering, um die Kugel schwimmen zu lassen. Wie groß die Kraft der Auftriebskraft ist, hat also auch mit der Dichte zu tun. Ein Körper taucht in eine spezifisch schwerere Flüssigkeit soweit ein, daß die von ihm verdrängte Flüssigkeitsmenge so schwer ist wie der ganze Körper. ... Ein Körper, der spezifisch schwerer ist als die Flüssigkeit, sinkt in dieser bis zum Grunde hinab und wird in der Flüssigkeit um so viel leichter, wie die von ihm verdrängte Flüssigkeitsmenge wiegt. (Aus: Archimedes: Über schwimmende Körper)

Wenn wir einen Körper in einen voll mit Wasser gefüllten Topf tauchen, wird das Wasser verdrängt. Das Gewicht dieses verdrängten Wassers ist gleich wie die Auftriebskraft.

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Zum Beispiel, tuchen wir einen Körper ins Wasser, der ein echtes Gewicht von 7k hat, wird er eine Auftriebskraft von 3k erfahren, denn dieser Körper hat 3k Wasser verdrängt und deswegen wird das Scheingewicht des Körpers im Wasser von 4k sein. Nach dem Archimedisches Prinzip: Dinge werden im Wasser scheinbar um genau so viel leichter wie die Menge des Wassers wiegt das sie verdrängen.

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Und jetzt, ein Problem mit salziges Wasser: Salz hat interessante Eigenschaften. Gibt man es zu Wasser, erhรถht es seine Dichte. Es macht das Wasser schwerer. Dinge - zum Beispiel Schiffe werden dann besser vom Wasser getragen.

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Wichtig und praktisch ist dieses Wissen vor allem beim Beladen von Schiffen. Kaltes Salzwasser kann nämlich ein viel schwereres Schiff tragen als warmes Süßwasser. Würde ein Schiff im Salzwasser randvoll beladen und müsste dann durch Süßwasser durch - zum Beispiel vom Meer in einen Fluss - dann würde das Schiff möglicherweise im Fluss untergehen, weil es so tief einsinkt, dass das Wasser über die Reling laufen würde. Damit das nicht passiert, gibt es an Frachtschiffen die Freibordmarken. Die zeigen genau an, bis wo das Schiff beim Beladen eintauchen darf.

Literatur - und Bild - Angabe Vida de Arquíedes https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/archimedes Ley de Arquímedes https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/auftrieb-undauftriebskraft Warum schwimmen Schiffe http://www.wdr.de/tv/wissenmachtah/multimedia/index.php5 Bild Nr. 1 Mein Schiff III. Tigerpow. https://flic.kr/p/nRxfa8.

Bild Nr. 2 Archimedes bain http://forgsight.com/rd/wpcontent/uploads/2015/07/1024px-Archimede_bain.jpg Bild Nr. 3 Bólido © Todos los derechos reservados por Jason de Caires Taylor encontrado en http://mexico.cnn.com/media/2014/07/29/el-vocho-tiene-laforma-perfecta-para-estar-bajo-el-agua-es-redondo-para-que-crustceos-como-laslangostas-y-los-cangrejos-puedan-vivir-dentro-de-este-sin-el-peligro-de-seratrapados-por-los-pescadores.jpg el 10 de diciembre de 2015 Bild Nr. 4 Pez mariposa de Klein. Algunos derechos reservados por Chaetodon kleini. https://flic.kr/p/a61Hur Bild Nr. 5 Pelotas de playa. http://juguetessunrise.com/catalogo.php?tipo=1 el 15 de enero de 2016 Bild Nr. 6 Ente. Algunos derechos reservados por Michelle Bender. https://flic.kr/p/cCMubj

Bild Nr. 7 Gravity. https://en.wikipedia.org/wiki/Buoyancy#/media/File:Buoyancy.svg el 10 de diciembre de 2015 Bild Nr. 8 Algunos derechos reservados por http://brigadacentinela.blogspot.mx consultado el 14 de enero de 2016. Bild Nr. 9 Barcos de papel de aluminio. Algunos derechos reservados por Felix Bernet en: http://wm.schoolofdragons.com/SoD/Joomla/templates/schoolofdragons/images/foi l-boat-scientific-method-activity.jpg el 20 de enero de 2016 Bild Nr. 10 Bola de papel aluminio. Algunos derechos reservados por http://www.telemundo.com/shows/2015/04/04/los-intentamos-y-si-funcionanconsejos-cortos-y-faciles-para-lavar-la-ropa-fotos el 20 de enero de 2016 Bild Nr. 11 Gravity. https://en.wikipedia.org/wiki/Buoyancy#/media/File:Buoyancy.svg el 10 de diciembre de 2015 Bild Nr. 12 https://fisicaenacccion.wordpress.com/2013/08/16/principio-dearquimedes/ 20 de noviembre de 2015 Bild Nr. 13 Algunos derechos reservados por Nasira Daud en http://es.slideshare.net/NasirahDaud/archimedes-principle25790300?qid=7f98dfc2-8881-42e5-b7693d7a951354bd&v=default&b=&from_search=1 consultado el 10 de noviembre de 2015