In diesem Artikel wird erklärt, was Auftrieb ist. Sie erfahren die verschiedenen Auftriebsarten und den Zusammenhang zwischen Auftrieb und Dichte. Darüber hinaus können Sie reale Anwendungen dieses wissenschaftlichen Konzepts sehen.
Was ist Auftrieb?
Unter Auftrieb versteht man die Schwimmfähigkeit eines Körpers, also die Fähigkeit eines Körpers, in einer Flüssigkeit im Gleichgewicht zu bleiben.
Damit ein Gegenstand in einer Flüssigkeit schwimmt, muss die Kraft, die durch den von der Flüssigkeit auf den Körper ausgeübten Druck entsteht, gleich der Kraft des Körpergewichts sein.
Manchmal steigt das Objekt durch Eintauchen in Wasser (oder eine andere Flüssigkeit) nach und nach an, bis es an der Oberfläche schwimmt. Dies liegt daran, dass die auf den unteren Teil des Körpers ausgeübte Kraft größer ist als die Kraft des Körpergewichts plus dem auf den oberen Teil ausgeübten Druck. In diesem Fall steigt der Körper, bis die Kraft oben und die Kraft unten gleich sind.
Daher ist die Ursache für den Auftrieb eines Körpers nicht die Dichte, sondern das Kräftegleichgewicht zwischen dem nach oben gerichteten vertikalen Druck, der auf seinen Boden ausgeübt wird, und der Kraft seines Gewichts. Die Dichte eines Körpers kann jedoch mit seiner Schwimmfähigkeit in Zusammenhang stehen, was im Folgenden näher erläutert wird.
Auftrieb und Archimedes-Prinzip
Das Prinzip von Archimedes besagt, dass ein Körper, der ganz oder teilweise in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, eine nach oben gerichtete vertikale Kraft erfährt, die dem Gewicht der Flüssigkeit entspricht, die verdrängt wird, wenn der Körper in die Flüssigkeit eingeführt wird.
Daher ist die Auftriebskraft , die eine Flüssigkeit auf einen Körper ausübt, gleich dem Gewicht der Flüssigkeit, die sie beim Einbringen verdrängt.
Damit ein Körper schwimmen kann, muss er daher nach dem Archimedes-Prinzip eine Flüssigkeitsmenge verdrängen, deren Gewicht dem Gewicht des Körpers selbst entspricht.
Arten von Auftrieb
Innerhalb des Auftriebskonzepts unterscheiden wir drei Arten von Auftrieben entsprechend ihrer Bewegung.
- Positiver Auftrieb : Der Körper neigt dazu, in der Flüssigkeit aufzusteigen, sodass der von der Flüssigkeit ausgeübte Druck größer ist als die Kraft des Körpergewichts.
- Negativer Auftrieb : Der Körper neigt dazu, in der Flüssigkeit abzusinken, d. h. der Körper sinkt. Das bedeutet, dass die Gewichtskraft größer ist als die Auftriebskraft.
- Neutraler Auftrieb: Der Körper befindet sich in der Flüssigkeit im Gleichgewicht, das heißt, der Körper bleibt in der Flüssigkeit schweben. In diesem Fall entspricht die positive Vertikalkraft, die die Flüssigkeit auf den Körper ausübt, seinem Gewicht.
Zusammenhang zwischen Auftrieb und Dichte
Unter Berücksichtigung der Definition von Auftrieb werden wir in diesem Abschnitt sehen, wie Dichte und Auftrieb zusammenhängen.
Der Auftrieb eines Körpers in einer Flüssigkeit hängt von der Dichte des Körpers und der Dichte der Flüssigkeit ab. Wenn die Dichte des Körpers geringer ist als die Dichte der Flüssigkeit, schwimmt der Körper auf der Flüssigkeit. Wenn die Dichte des Körpers jedoch größer als die Dichte der Flüssigkeit ist, schwimmt der Körper nicht und sinkt.
Wasser hat beispielsweise eine Dichte von etwa 1000 kg/ m3 . Wenn die Dichte eines Körpers also mehr als 1000 kg/ m3 beträgt, sinkt er im Wasser. Wenn andererseits die Dichte des Körpers weniger als 1000 kg/ m3 beträgt, schwimmt der Körper.
Es ist notwendig, den Unterschied zwischen der Masse und der Dichte eines Körpers hervorzuheben, da nicht die Masse, sondern die Dichte den Auftrieb des Objekts bestimmt. Es ist möglich, dass ein Gegenstand viel wiegt, aber ein sehr großes Volumen hat, was dazu führt, dass seine Dichte gering ist und er daher schwimmt.
Auftriebs-Apps
Um schließlich die Bedeutung des Auftriebs vollständig zu verstehen, sehen wir uns an, wie er in der realen Welt verwendet wird.
Logischerweise ist Auftrieb ein sehr wichtiges Konzept im Ingenieurwesen, insbesondere bei der Konstruktion von Unterwasserstrukturen oder Wasserfahrzeugen, wie Schiffen oder U-Booten.
Doch Auftrieb gilt nicht nur für Flüssigkeiten, ein Gegenstand kann auch in einem Gas schwimmen. Beim Entwurf von Heißluftballons oder Luftschiffen ist es wichtig, den Auftrieb zu untersuchen.
Ebenso ist es zum Erlernen des Tauchens unerlässlich, zumindest einige Kenntnisse über Tarierung zu haben.