Auftriebskraft im Wasser / Kraft (Physik)
Ein mit Wasser gefüllter Eimer wrid aus einem Brunnen hochgezogen.
Wie kommt es, dass man umso mehr Kraft braucht, je weniger sich der zunächst ganz untergetauchte Eimer noch im Wasser befindet?
4 Antworten
Unter Wasser ist der Eimer scheinbar besonders leicht, weil das verdrängte Wasser um ihn herum logischerweise fast genauso schwer ist wie der Eimer mit dem darin befindlichen Wasser. Dabei sorgt allerdings das Eigengewicht des Eimers für ein doch etwas höheres Gesamtgewicht.
Das Gefäß hat übrigens ein eigenes Volumen. Dieses ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Volumen des umschlossenen Raumes und des verdrängten Wassers. Berechnet man nun die Differenz der Dichte des Materials des Eimers und der des Wassers, erhält man die Differenz zwischen dem Gewicht des Gefäßes mit Inhalt und dem Auftrieb. Dieser Unterschied ist allerdings relativ gering.
Befindet sich der Eimer dagegen zunehmend über Wasser, verringert sich der Auftrieb, da statt des Wassers nun Luft dem Eimergewicht entgegenwirkt. Die Luft ist aber auf vergleichbarem Raum viel leichter, was eben besagten Auftrieb entsprechend verringert. Das Gefäß erscheint also zunehmend schwerer.
Das Gewicht des Wassers im Eimer, das unterhalb des äußeren Wasserspiegels liegt, wird aufgewogen durch das verdrängte äußere Wasser. Wenn der Eimer voll eingetaucht ist, kann sich nur noch das Leergewicht des Eimers bemerkbar machen unter Abzug des Gewichtes jenes Wassers, den der leere Eimer selbst verdrängt. Beim Kunststoffeimer wäre dann der Auftrieb größer als das Eigengewicht: Der würde oben schwimmen.
Der (statische) Auftrieb entspricht dem Volumen des verdrängten Wassers. Je weiter der Eimer aus dem Wasser gezogen wird, umso weniger Auftrieb hat er.
Der Eimer ist im Brunnen vom Wasser umschlossen. Also das ganze Wasser über dem Eimer drückt ihn hinunter. Ganz logisch, das Wasser hat ja auch ein Gewicht. =)