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Wodurch entsteht Auftrieb? - Eine Erklärung aus der Physik

Dass ein Körper im Wasser "leichter" wird, ist den meisten bekannt. Dieser Vorgang wird durch den sog. Auftrieb hervorgerufen. Aber wodurch entsteht er und welche Kräfte sorgen dafür, dass im Wasser alles so leicht ist?

Den Schweredruck spüren Sie beim Tauchen.
Den Schweredruck spüren Sie beim Tauchen.

Was Sie benötigen:

  • Grundwissen Mechanik

Ein Experiment zum Auftrieb

Außer der eigenen Körpererfahrung lassen sich die Kräfte, die zum Auftrieb eines Körpers im Wasser führen, auch in einem einfachen eigenen Experiment zeigen.

  • Hierfür benötigen Sie nicht viel mehr als eine Spiralfeder (beispielsweise aus einem Ringheft), ein nicht allzu großer Körper aus Metall und natürlich ein "Schwimmbecken" für diesen Körper. Oft genügt eine Schüssel oder ein Messbecher.
  • Nun befestigen Sie den Metallkörper an der Spiralfeder und merken sich die Ausdehnung der Feder, die von der Erdanziehungskraft verursacht wurde, wenn Sie diese senkrecht halten. Selbstredend müssen Körper und Feder aufeinander abgestimmt sein.
  • Nun setzen Sie Ihr Metallstück an der Feder senkrecht unter Wasser. Die Feder müsste durch den Auftrieb, den das Metall im Wasser erfährt, etwas, vielleicht aber auch deutlich, geschrumpft sein. 
  • Das Metallstück, das Sie in das Wasser eintaucht haben, hat also eine Kraft erfahren, die der Erdanziehungskraft entgegengerichtet ist, also nach oben geht.
  • Probieren Sie ruhig unterschiedliche Materialien aus.
  • Wodurch diese mysteriöse Kraft allerdings entsteht, sagt das Experiment noch nichts.

Die Auftriebskraft - wodurch entsteht sie?

Die Frage ist berechtigt, denn wodurch kann Wasser solch eine Kraft auf den Metallkörper ausüben, dass dieser einfach leichter erscheint?

  • Tatsächlich übt auch Wasser einen Druck aus, dieser wird Schweredruck oder hydrostatischer Druck genannt.
  • Der Schweredruck nimmt mit der Tiefe zu, eine Erfahrung, die alle Taucher kennen. 
  • Der Schweredruck des Wassers weist in alle Richtungen.
  • Setzt man nun einen Körper unter Wasser, dann herrscht unten ein größerer Druck als oben. 
  • Mit anderen Worten: Von unten drückt das Wasser mit einer größeren Kraft gegen den Gegenstand, als das Wasser von oben drückt.
  • Die Differenz dieser beiden Kräfte entspricht der Auftriebskraft. Auftrieb entsteht also, weil Wasser in unterschiedlichen Tiefen unterschiedliche Drucke hat und dort auf gleiche Flächen eines Gegenstandes unterschiedliche Kräfte ausübt.
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