2. Auftrieb
Ein Körper, der in eine Flüssigkeit eintaucht oder in einer Flüssigkeit oder in einem Gas eingebettet ist, erfährt eine Kraft, die der Gewichtskraft entgegen gerichtet ist, den Auftrieb. Der Körper ist also 'scheinbar leichter'.
Die Auftriebskraft spüren Sie deutlich, wenn Sie z. B. einen Ball vollständig unter die Wasseroberfläche drücken wollen.
Schon Archimedes wusste (Archimedisches Prinzip):
Der Auftrieb, den ein Körper in einer Flüssigkeit oder in einem Gas erfährt, ist genauso groß wie die Gewichtskraft der Menge an Flüssigkeit oder Gas, die er verdrängt.
Der Auftrieb hängt also von dem Volumen ab, das der Körper verdrängt, und von der Dichte des verdrängten Materials:
$$F_A = m_{Fl,verdr.} \cdot g = \rho_{Fl} \cdot V_{Fl,verd.} \cdot g $$
Die Auftriebskraft kompensiert einen Teil der Gewichtskraft. Das Objekt scheint also eine geringere Masse zu haben. Der scheinbare Masseverlust ist genauso groß wie die Masse der verdrängten Flüssigkeit:
$$\Delta m = m_{Fl,verd.} = \rho_{Fl} \cdot V_{Fl,verd.}$$
Achtung: Es kommt immer auf das Volumen der tatsächlich verdrängten Menge an. Wenn das Objekt nicht vollständig eintaucht, dann ist das verdrängte Volumen kleiner als das Volumen des Körpers!
Ein Körper schwimmt in einer Flüssigkeit, wenn die Masse des Flüssigkeitsvolumens, das er verdrängt, genauso groß ist wie seine eigene Masse:
$$ m_{Fl,verd.} = \rho_{Fl} \cdot V_{Fl,verd.} = m_{Körper} = \rho_{Körper} \cdot V_{Körper}$$
Wenn ein Körper vollständig von einer Flüssigkeit oder einem Gas umgeben ist, erfährt er den maximalen Auftrieb in diesem Medium. In diesem Fall ist das verdrängte Volumen gleich dem Volumen des Körpers. Der scheinbare Masseverlust kann dann:
- kleiner sein als die Masse des Körpers: Er sinkt dann ab.
- größer sein als die Masse des Körpers: Er steigt dann auf, bis er so weit aus dem Medium herausragt, dass der Schwimmzustand erreicht ist.
- genauso groß sein wie die Masse des Körpers: Er schwebt, d. h. er ist kräftefrei und verharrt in Ruhe, wenn er einmal in Ruhe ist.