Sinkende Objekte: Gewicht vs. maximale Auftriebskraft
1 · Vorhersagen
Ein metallischer Senkkörper wird ins Wasser geworfen und bleibt vollständig eingetaucht am Boden liegen. Ändert sich seine Eintauchtiefe noch, wenn man ihn schwerer macht, obwohl er bereits vollständig eingetaucht ist?
- Ein schwererer Senkkörper taucht noch stärker unter (über 100 %).
- Es ist bereits vollständig eingetaucht (100 %), sodass keine weitere Masse es noch weiter eintauchen kann.
- Ein schwererer Senkkörper taucht weniger unter, da er schneller absinkt.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Preset „Fluid-Sink“ und drücken Sie „Zurücksetzen“. Der Senkkörper fällt durch das Wasser und kommt auf dem Tankboden zur Ruhe.
- Aktivieren Sie die Tauchfraktionssonde am Senkkörper.
- Stellen Sie die Masse des Senkkörpers für jeden Versuch ein, lassen Sie ihn absetzen und notieren Sie den eingetauchten Anteil.
3 · Daten sammeln
| Sinkermasse m (kg) | Gewicht mg (N) | Untergetauchter Bruchteil |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Tragen Sie für Ihre drei Versuche den eingetauchten Anteil (y-Achse) gegen das Gewicht (x-Achse) auf.
4 · Auswerten
- Diese Simulation modelliert den Senkkörper als Scheibe mit Radius 0.4 m, die durch die feste Schichttiefe des Tanks von 0.005 m extrudiert wird — berechnen Sie ihr volles Volumen V_full = π·r²·(Schichttiefe) und die maximal mögliche Auftriebskraft ρ·g·V_full unter Verwendung der Wasserdichte 1000 kg/m³. Vergleichen Sie es mit dem Gewicht jedes Versuchs.
- Erklären Sie, warum der untergetauchte Anteil bei 1.0 (100 %) begrenzt bleibt, sobald das Gewicht die maximale Auftriebskraft überschreitet, unabhängig davon, wie viel schwerer das Sinker wird.
5 · Vertiefen
- Die maximale Auftriebskraft dieses Senkkörpers beträgt etwa 24.6 N – jede Masse unter etwa 2.5 kg würde stattdessen schwimmen. Vergleichen Sie dies mit dem Experiment „Auftrieb“ (fluid-float): Was bestimmt, ob ein Objekt schwimmt oder sinkt?
- Meerwasser ist dichter als Süßwasser. Würde ein Senkkörper, der vollständig in Süßwasser eintaucht, zwangsläufig vollständig in Meerwasser eintauchen? Erklären Sie dies mit der Auftriebskraftformel.
Die Physik hinter diesem Experiment
Archimedisches Prinzip (maximal)
Lowercase the word following each mid-sentence semicolon (except proper nouns).