Wieso versinkt eine Taucherflasche?
Hallo. Luft steigt ja immer nach oben. Es es schwer einen leeren, geschlossenen Wasserkanister unter Wasser zu ziehen. Wieso aber versinkt dann eine Tauchflasche, obwohl eine solche doch sehr viel mehr Luft beinhaltet? Wegen des Eigengewichts?
Und zweiteres: Wie "bemerkt" die Physik/ das Wasser - überhaupt, dass sich Luft in einem Körper befindet, welcher ins Wasser getaucht ist, wenn dieser Behälter doch komplett verschlossen ist und praktisch kein Kontakt zum Wasser besteht?
8 Antworten
Zunächst einmal stimmt die pauschale aussage das Luft IMMER nach oben steigt definitiv nicht. Denn es kommt sowohl auf den Aggregatzustand, Kompressionzustand und die Umgebung an.
Korrekt ist, das Luft im Gaszustand, in Wasser, mit dem selben Druck wie das Wasser selbst, aufsteigt. Genau hier liegt die Krux. Luft ist in der Pressluftflasche komprimiert (i.d.R. zwischen 200 und 50 bar). Entscheidend für den Auftrieb ist das archimedische Prinzip. Ein Körper hat soviel Auftrieb wie die Masse an Wasser die er verdrängt. Zusätzlich dazu hat die Luft selbst natürlich auch noch Gewicht. Aus diesem Gund ist der Abtrieb der Flasche voll auch größer als leer. Aluflaschen z.B. bekommen im fast leeren Zustand in der Regel sogar Auftrieb und steigen nach oben (Volumen das verdrängt wird ist größer als Masse).
Um deine zweite Frage zu beantworten muss man ein wenig in die Physik gehen. Der Grund für den Auftrieb der durch Verdrängung eines Luftgefüllten Körpers entsteht, liegt in den unterschiedlichen Wasserdrücken, welche auf die Flächen des Körpers wirken. Teile weiter unten sind einem höheren Druck ausgesetzt als die Teile weiter oben. Konkret gesprochen steigt ein solcher Körper also eigentlich nicht auf, sondern wird vom Wasser unter ihm nach oben gedrückt, weil der Druck über ihm plus sein Eigengewicht nicht groß genug ist es unten zu halten. Je größer der (Wasser verdrängende) Körper, desto größer der Druckunterschied und Auftrieb.
Danke für deine ausführliche und Kenntnisreiche Antwort.
Wieso aber versinkt dann eine Tauchflasche, obwohl eine solche doch sehr viel mehr Luft beinhaltet? Wegen des Eigengewichts?
Ja, wegen des Eigengewichts. Auch eine unbefüllte Tauchflasche (also mit Atmosphärendruck) sinkt in Wasser ab.
Du übersiehst aber wahrscheinlich zusätzlich den Punkt, dass Luft unter Druck an Dichte gewinnt.
Wie "bemerkt" die Physik/ das Wasser
Das wiederum ist eine ganz tolle Frage, auf die es keine wirklich griffige Antwort gibt.
Wie wird Gravitation vermittelt? Warum ist ein Gegenstand schwer und woher weiß er, dass er nach unten fällt?
Letztlich kann man darauf nur geradlinig antworten, dass wir eben beobachten, dass Massen sich gegenseitig anziehen und Gegenstände fallen daher auf die Erde zu, die ein extrem viel höhere Masse hat als alle Gegenstände.
In Bezug auf das Untertauchen gilt daher: Das umgebende Wasser wird viel stärker von der Erde angezogen als die luftgefüllte Trinkflasche. Die Flasche erfährt also dadurch Auftrieb, dass das Wasser drumherum nach unten fällt.
Ein Gegenstand versinkt dann, wenn er schwerer ist als das Wasser, das er verdrängt.
Nehmen wir mal an, die Stahlflasche wiegt 10 kg und hat das Außenvolumen von 11 Litern. Der Liter Wasser wiegt 1 kg. Damit schwimmt die Flasche. Nun pumpt man 1kg Luft in die Flasche. Ob sie vorher Luft oder Vakuum enthielt, spielt dabei keine Rolle. Damit wiegt sie mit Inhalt nun 11 kg, schwimmt also gerade. Wenn man nun weitere Luft in die Flasche pumpt, wird sie immer schwerer, geht also unter.
Dazu braucht das Wasser keinen Kontakt zur Luft im inneren, denn die Schwerkraft von Flasche und ihrem Inhalt wirken zusammen.
Weil „Auftrieb“ bedeutet, dass ein Gegenstand mehr Wasser verdrängen muss als er selber wiegt. Sonst schwimmt er nicht.
Und da die Luft in der Flasche komprimiert (also stark zusammengepresst) ist wiegt sie zusammen mit der Flasche eben mehr als die Menge an Wasser die sie verdrängt.
Und „merken“ muss „die Physik“ da nichts, weil das unabhängig davon ist, was in dem Gegenstand „drin“ ist. Es ist lediglich eine Frage von Volumen und Gewicht des Gegenstandes im Vergleich zur Menge der verdrängten Flüssigkeit und deren Gewicht.
Wasser "merkt" gar nix. Entweder die spezifische Dichte des Gegenstands ist höher als die von Wasser oder nicht....