4 Auftrieb

Die Auftriebkraft wurde von dem großen griechischen Mathematiker, Physiker und Ingenieur Archimedes (laut Wikipedia 287 v.Chr. bis 212 v.Chr.) entdeckt.
Wenn ein Körper in ein Medium wie Wasser eintaucht, dann wirkt auf diesen Körper eine Auftriebskraft. Ein Körper, der in Wasser eintaucht, muss das Wasser "beiseitedrücken".

Das Archimedische Prinzip:

Die Auftriebskraft eines Körpers in einem Medium ist genau so groß, wie die Gewichtskraft des verdrängten Mediums

Die Richtung der Auftriebskraft ist die Gegenrichtung zur Gravitationskraft.

Als Gleichung:

Dabei ist
die Dichte des Mediums
das Volumen des Körpers und
die Erdbeschleunigung ( → siehe hier)

Warum können Schiffe schwimmen?

Wenn die Dichte eines Materials kleiner ist, als die von Wasser, dann schwimmt das Material. Das ist so zum Beispiel bei Holz oder Öl. Aber auch Luftblasen steigen im Wasser wegen der Auftriebskraft nach oben, weil die Dichte von Luft viel kleiner ist, als die von Wasser.

Ein großer Frachter besteht aus schwerem Stahl und hat auch schwere Last geladen. Aber wenn man das gesamte Volumen des Frachters betrachtet, dann ist da auch viel Luft drin. Die Wände sind ja nur aus relativ dünnem Stahl. Alles in Allem ist die durchschnittliche Dichte des Frachters also kleiner als die von Wasser und deshalb kann er schwimmen. Die Menge Wasser, die das Schiff verdrängt, hat also nach dem Archimedischen Prinzip genau das gleiche Gewicht, wie das Schiff. Daher spricht man bei Schiffen oft auch nicht von Gewicht, sondern von Verdrängung, wenn man die Masse angibt.

Der Auftrieb eines Menschen in Luft

Da wir uns in Luft bewegen, und auch Luft ein Gewicht hat, erfahren wir auch in der Luft eine Auftriebskraft. Ein durchschnittlicher Mensch hat ein Körpervolumen von etwa 75 Litern, das ist ein Volumen von 0,075 m³.
Die Luft hat bei einer Temperatur von 20°C etwa die Dichte .
Mit der Formel oben erleben wir dann bei einer Temperatur von 20°C in der Luft eine Auftriebskraft von

Das entsprich einer Gewichtskraft von etwa 84 Gramm.

Was muss ich wissen?

Ich kenne das Archimedische Prinzip und kann es in eigenen Worten beschreiben
Ich kenne die Gleichung für die Auftriebskraft . Wenn ich das Volumen eines Körpers, die Erdbeschleunigung und die Dichte des Mediums kenne, kann ich damit die Auftriebskraft berechnen
Die Auftriebskraft wirkt von unten nach oben
Ich kann erklären, warum Schiffe schwimmen können und warum Luftblasen im Wasser nach oben steigen

Backlinks:
2 Physikbücher:Naturwissenschaften für die FSP