Auftrieb

Maria und Sofia schwimmen im Meer. Sofia, halt mich fest, während ich versuche, auf der Oberfläche zu treiben. Das kann ich nicht! Du bist größer als ich. Versuch's mal.

Wow, du fühlst dich so leicht an! Das liegt daran, dass das Wasser dir hilft, Sofia! Das hat alles mit Kräften zu tun. Wenn Maria am Strand steht, zieht sie die Schwerkraft zur Erde und verhindert, dass sie nach oben schwebt. Je schwerer Maria ist, umso stärker ist diese Kraft.

Die Schwerkraft ist stärker als die Kraft, die Sofia aufbringen kann, sodass sie Maria nicht hochheben kann, wenn beide am Strand stehen. Wenn Maria im Meer ist, wirkt die Schwerkraft immer noch auf sie. Warum kann Sofia sie dann jetzt hochheben? Es muss eine andere Kraft sein, die Sofia hilft! Wenn ein Objekt in Wasser getaucht wird, drückt das Wasser von allen Seiten auf das Objekt.

Je höher der Druck, umso stärker ist die einwirkende Kraft. Wenn die Kraft jetzt das Objekt in alle Richtungen drückt – warum bewegt sich das Objekt dann nicht in eine Richtung? Weil die Kraft auf der anderen Seite, die in die entgegengesetzte Richtung drückt, genauso stark ist – die Kräfte, die auf die Seiten des Objekts wirken, heben einander auf. Die Unterseite des Objekts ist jedoch tiefer als die Oberseite. Größere Tiefe bedeutet höheren Druck und daher eine stärkere Kraft.

Auf die Oberseite des Objekts, näher an der Wasseroberfläche, wirkt eine schwächere Kraft. Die beiden Kräfte wirken in entgegengesetzte Richtungen und wegen des unterschiedlichen Drucks ist die Richtung aller auf das Objekt einwirkenden Kräfte aufwärts. Wir nennen diese nach oben gerichtete Kraft Auftriebskraft und die Auswirkung, die sie hat, Auftrieb. Der Auftrieb wirkt der Schwerkraft entgegen, und arbeitet so gegen sie. Die Auftriebskraft ist überall vorhanden, nicht nur im Wasser, sondern auch in allen Flüssigkeiten und Gasen!

Wenn Maria im Wasser ist, verändert sich ihr Gewicht nicht, aber die Auftriebskraft wirkt ihm entgegen und drückt sie nach oben. Mithilfe des Auftriebs kann Sofia also Maria halten! Die Auftriebskraft kann berechnet werden, indem man die Kraft, die nach unten auf die Oberseite des eingetauchten Objekts wirkt von der Kraft subtrahiert, die nach oben auf die Unterseite drückt. Schauen wir uns zum Beispiel diesen Getränkekarton an. Die Kraft, die auf die Oberseite des Kartons wirkt, beträgt 2,45 Newton, während die Kraft, die auf die Unterseite wirkt, 4,9 Newton beträgt – die Kraft an der Unterseite ist doppelt so groß!

Jetzt kannst du die Auftriebskraft berechnen, indem du die oben wirkende Kraft von der unten wirkenden Kraft subtrahierst: 4,9 - 2,45 Newton. Die Auftriebskraft beträgt 2,45 Newton! Die Auftriebskraft ist also eine nach oben gerichtete Kraft, die Flüssigkeiten auf in sie eingetauchte Objekte ausüben. Sie entsteht durch den Druckunterschied zwischen Oberseite und Unterseite eines eingetauchten Objekts. Ich werde schlapp, die Auftriebskraft hilft mir nicht genug - Jetzt bist du dran, mich zu halten, Maria!