Alltag & Technik
Warum schwimmt ein Schiff, obwohl es schwer ist?
Eine kleine Knetkugel und ein Knetboot gehen auf Wasserreise.
Kurz erklärt
Ein hohler Schiffsrumpf verdrängt viel Wasser. Das Wasser drückt ihn nach oben: Diese Kraft heißt Auftrieb. Reicht sie aus, um das Gewicht des ganzen Schiffes zu tragen, schwimmt es. Schwer allein bedeutet deshalb nicht sofort sinken.
Wasser trägt das Schiff
1. Wasser wird verdrängt
Ein Schiff nimmt im Wasser Platz ein.
2. Das Wasser drückt zurück
Wasserdruck ist unten am Rumpf größer als weiter oben.
3. Die ganze Form zählt
Ein hohler Rumpf umfasst viel Raum, obwohl seine Wände schwer sein können.
Die hellblaue Fläche im eingetauchten Rumpf zeigt Raum, in dem zuvor Wasser war. Das verdrängte Wasser ist nun neben dem Rumpf.
Im zweiten Bild zeigt Blau den Auftrieb nach oben und Braun die Gewichtskraft nach unten. Die gleich langen Pfeile meinen Gleichgewicht beim ruhigen Schwimmen.
Eine hohle Form umfasst viel Raum bei vergleichsweise wenig Material.
Eine erfundene Wuselszene
Puschel und Flauschi entdecken
Flauschi legt eine Knetkugel in eine flache Wasserschale. Die Kugel sinkt. Puschel„Keine Lust auf eine Reise?“
Flauschi nimmt sie heraus und formt aus derselben Knete ein kleines Boot mit hohen Rändern. Es bleibt auf dem Wasser.
Puschel„Die Knete ist doch noch dieselbe!“ Flauschi„Ja. Als hohle Schale verdrängt sie mehr Wasser, bevor Wasser hineinläuft.“
Sie legen vorsichtig eine kleine Last hinein. Das Boot liegt nun tiefer. Puschel„Unser Gepäck macht die Wasserlinie höher!“
Sie holen alles wieder heraus. Flauschi„Ein echtes Schiff braucht einen passenden Rumpf und darf nicht überladen werden.“
Kleines Wuselquiz
Reicht „schwer“ aus, um zu wissen, ob etwas sinkt?
Welche Antwort stimmt? Wähle a), b).
- a)Ja.
- b)Nein, auch Form und Material zählen.
Antwort zeigen
Richtig ist b): Nein, auch Form und Material zählen. Nein. Auch Form, Material und mittlere Dichte des ganzen Gegenstands zählen.
Was passiert, wenn wir unser Knetboot stärker beladen?
Welche Antwort stimmt? Wähle a), b).
- a)Es liegt meist tiefer im Wasser.
- b)Es wird automatisch größer.
Antwort zeigen
Richtig ist a): Es liegt meist tiefer im Wasser. Es muss mehr Wasser verdrängen und liegt tiefer; bei zu großer Last kann es sinken.
Wörterhilfe
- Auftrieb
- Eine Kraft nach oben, die zum Beispiel Wasser auf eingetauchte Körper oder Luft auf einen Flügel ausübt.
Genauer entdecken
Hier findest du längere Erklärungen und weitere Einzelheiten. Ihr könnt sie gemeinsam entdecken.
Schritt für Schritt verstehen
So funktioniert es – einfach erklärt
Wasser wird verdrängt
Ein Schiff nimmt im Wasser Platz ein. Dort, wo sein Rumpf liegt, muss Wasser weichen. Dieses Verdrängen ist für den Auftrieb wichtig.
Das Wasser drückt zurück
Wasserdruck ist unten am Rumpf größer als weiter oben. Insgesamt entsteht eine Kraft nach oben. Sie heißt Auftrieb und kann das nach unten wirkende Gewicht ausgleichen.
Die ganze Form zählt
Ein hohler Rumpf umfasst viel Raum, obwohl seine Wände schwer sein können. Dadurch verdrängt er genug Wasser. Kommt zu viel Last oder Wasser hinein, kann der nötige Ausgleich verloren gehen.
Gleiche Knete, andere Form
Stell dir ein Stück wasserfeste Knete vor. Als kompakte Kugel kann es sinken. Aus derselben Knete lässt sich eine offene Schale formen, die Luft mit einschließt. Sie nimmt im Wasser mehr Raum ein, bevor der Rand untertaucht. So kann sie genug Wasser verdrängen, um zu schwimmen. Die Knete wurde nicht leichter: Die Form hat verändert, wie viel Wasser das ganze Boot verdrängen kann. Ein solcher Modellvergleich gehört mit Erwachsenen in eine flache Schale, niemals ans tiefe Wasser.
Belege zur Erklärung: [1]
Ergänzende Fachquelle: OpenStax / Rice University: Archimedes’ Principle
Das Wichtigste noch einmal
Wissen 1
Wasser übt auf eingetauchte Gegenstände eine Kraft nach oben aus: den Auftrieb.
Beleg: [1]
Wissen 2
Ein hohler Schiffsrumpf verdrängt viel Wasser. Der Auftrieb kann das Gewicht des ganzen Schiffes tragen.
Beleg: [1]
Wissen 3
Ob etwas schwimmt, hängt nicht nur vom Gewicht ab. Auch Material und Form zählen – und wie schwer der ganze Gegenstand im Verhältnis zu seinem gesamten Rauminhalt ist. Das heißt mittlere Dichte.
Beleg: [1]