Auftrieb: Verändert die Masse eines schwimmenden Objekts, wie tief es sitzt?
1 · Vorhersagen
Ein Korken schwimmt im Wasser. Wie verändert sich die Auftriebskraft, die ihn hält, wenn Sie einen schwereren Korken derselben Größe verwenden?
- Die Auftriebskraft nimmt entsprechend dem höheren Gewicht zu.
- Die Auftriebskraft bleibt unabhängig von der Masse gleich.
- Die Auftriebskraft nimmt ab, da der Korken tiefer sitzt.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Fluid-Float-Preset und drücken Sie „Zurücksetzen“. Ein Korken schwimmt an der Wasseroberfläche.
- Aktivieren Sie die Auftriebskraftsonde am Korken.
- Stellen Sie die Masse des Korkens für jeden Versuch ein, lassen Sie ihn sich auf ein Gleichgewicht einstellen und notieren Sie den untergetauchten Anteil und den Messwert der Auftriebskraft.
3 · Daten sammeln
| Korkmasse m (kg) | Untergetauchter Bruchteil | Auftriebskraft F_b (N) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 1.50 | ||
| 2.00 |
Tragen Sie für Ihre drei Versuche die Auftriebskraft F_b (y-Achse) gegen die Masse m (x-Achse) auf. Welche Form hat die Linie?
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für jeden Versuch m·g mit g = 9.8 m/s² und vergleichen Sie es mit der Anzeige der Auftriebskraft.
- Erklären Sie, warum die Auftriebskraft eines schwimmenden Objekts immer seinem Gewicht entspricht, unabhängig davon, wie viel davon eingetaucht ist.
5 · Vertiefen
- Wenn Sie dem Korken weiterhin Masse hinzufügen würden, wann würde er aufhören zu schweben und stattdessen sinken? Was müsste an der Auftriebskraft zu diesem Zeitpunkt wahr sein?
- Ein Stahlblock sinkt, aber ein Stahlschiff schwimmt. Erklären Sie anhand des Archimedischen Prinzips, wie die Form – nicht das Material – dies ermöglicht.
Die Physik hinter diesem Experiment
Archimedes-Prinzip
Die Auftriebskraft auf ein untergetauchtes (oder schwimmendes) Objekt entspricht dem Gewicht der Flüssigkeit, die es verdrängt. Im Gleichgewicht gleicht die Auftriebskraft eines schwimmenden Objekts sein Gewicht genau aus – deshalb sollten Ihre beiden Säulen übereinstimmen.