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Welcher Gegenstand schwimmt?

Du weißt sicher, dass ein Stein ins Wasser sinkt, aber ein Stück Holz schwimmt. Wie sieht es aber mit einer Münze, einem Stück Styropor, einem rohen Hühnerei, einer Tomate, einem Stück Kartoffel oder einer Knetekugel aus?

  1. Welcher Gegenstand schwimmt?
    Tragt zuerst eure Vermutung in die Tabelle ein.
    Testet dann in eurer Gruppe ob eure Vermutung richtig ist und notiert die Antwort!

2. Überlegt euch in eurer Gruppe, warum der eine Gegenstand schwimmt und der andere nicht.
Worin unterscheiden sich die Gegenstände?

Welche Eigenschaften könnten für das Schwimmen wichtig sein?

3. Ihr bekommt jetzt zusätzlich noch eine Waage, ein Messer und zwei Würfel.
Überlegt euch Versuche, die die Frage lösen helfen.
Jeder stellt in der Gruppe einen Versuch vor.  Diskutiert, welcher Versuch geeignet ist und führt ihn durch.

Wovon hängt es ab, ob ein Gegenstand im Wasser schwimmt? Begründet eure Antwort!

Ihr habt jetzt herausgefunden, dass die Masse eine Rolle dafür spielt, ob ein Körper im Wasser schwimmt oder sinkt. Gleiche große Würfel haben die gleiche Form, aber eine  unterschiedlicher Masse (Holz, Kunststoff, Kartoffelwürfel oder Apfelwürfel). Sie können schwimmen oder sinken auf den Grund. 

Schwimmen - Schweben - Sinken

Wir haben uns jetzt mit der Form und Masse von Gegenständen beschäftigt und einige dazu Versuche durchgeführt.
Warum schwimmt denn aber nun ein Körper und der andere nicht?

Ein Körper schwimmt, wenn die Auftriebskraft größer ist als die Gewichtskraft.

Ein Körper schwebt, wenn die Auftriebskraft gleich der Gewichtskraft ist.

Ein Körper sinkt, wenn die Auftriebskraft kleinerer ist als die Gewichtskraft.

Wie funktioniert das Archimedische Prinzip?

Jeder Körper hat eine bestimmte Form und Masse. Die Masse wird in Kilogramm (kg) gemessen. Der Körper drückt mit seiner Masse auf die Wasseroberfläche. Durch die Erdanziehungskraft (g) taucht er in das Wasser ein. Die Wasserteilchen werden beim Eintauchen nach unten und zur Seite geschoben (verdrängt). Die dabei entstehende Kraft nennt der Physiker Gewichtskraft. Die Teilchen des Mediums (hier unser Wasser) entwickeln dabei eine Gegenkraft. Sie heißt Auftriebskraft.

Ob ein Gegenstand auf dem Wasser schwimmt oder nicht, hängt also von dem Verhältnis zwischen Auftriebskraft und Gewichtskraft ab.
Was du bei deinen Versuchen entdeckt hast, hat schon vor über 2000 Jahren den altgriechischen Gelehrten Archimedes beschäftigt. Er machte ähnliche Versuche und formulierte sie in einem Gesetz.

Dieses lautet: Die Auftriebskraft eines Körpers ist in einem Medium ist genauso groß wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums.

Die Entdeckung des berühmten Griechen funktioniert übrigens auch mit Gasen. Alles fliegt, was eine niedrigere Dichte als die Luft hat. Alle Dinge, die dieselbe Dichte wie die Luft haben, schweben und Gegenstände mit einer größeren Dichte bleiben am Boden. Messbar ist sie, indem du ein Becherglas randvoll mit Wasser füllst und es in eine Schale stellst. Nun lass vorsichtig einen Gegenstand eintauchen. Wasser läuft über den Rand in die Schale. Miss die Menge des Wassers mit einem Standzylinder aus. Nun stellst du fest, wie viel Wasser dein Körper verdrängt hat.

1 ml ( Milliliter) Wasser hat die Masse von 1 g (Gramm) – 1 Liter Wasser also die Masse von 1 Kilogramm

So kannst du die Auftriebskraft indirekt über einen Vergleich ermitteln.
Führe das für einen schwimmenden Gegenstand und einen gesunkenen durch und vergleiche seine Masse mit der Masse des verdrängten Wassers! Was fällt dir auf?

Die Form des Körpers - Das richtige Maß an Auftrieb und Verdrängung

Nach dem Prinzip des Archimedes muss eine Münze mit einem Gewicht von beispielsweise zehn Gramm mehr als zehn Gramm Wasser verdrängen, damit sie schwimmt.

Was ist bei unseren Versuchen mit dem Aluboot  oder den Booten aus Kneten geschehen? Warum konnten sie so viele Münzen tragen?

 

 

Das Aluboot hilft der Münze dabei dies zu erreichen. Durch unsere Bootsform haben wir noch Luft im Bootskörper. So kann mehr Wasser verdrängt werden. Der Auftrieb oder die so genannte Auftriebskraft ist dann größer als die Gewichtskraft der Münze (und des Aluminiums).Ist der Körper so geformt, dass er mehr Flüssigkeit verdrängt, als er selbst wiegt, dann kann er schwimmen.Diese verdrängen Wasser und erhalten dadurch Auftrieb. Ein Schiff taucht so tief ein, bis es genügend Wasser für ausreichend Auftrieb verdrängt hat (siehe oben) So war es auch bei unseren Alubooten. 

Das funktioniert natürlich nicht unendlich – hat ein Schiff zu viel Ladung, kann es auch irgendwann sinken.

 Was ist denn hier passiert?

   
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