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Alle Flüssigkeiten sind Flüssigkeiten, aber interessanterweise sind nicht alle Flüssigkeiten Flüssigkeiten. Alles, was fließen kann - wie ein Gas - ist eine Flüssigkeit und kann Auftriebskraft erzeugen. Auftrieb entsteht, wenn Bereiche mit höherem Druck unter einem Objekt eine Kraft nach oben auf Bereiche mit niedrigerem Druck ausüben. Die Menge an Auftriebskraft, die eine Flüssigkeit ausübt, wird jedoch durch das Objektvolumen und nach dem Archimedes-Prinzip bestimmt.
Pascal und Druck
Bevor Sie verstehen können, wie sich Unterschiede im Flüssigkeitsdruck auf den Auftrieb auswirken können, müssen Sie zunächst verstehen, wie sich der Druck in Flüssigkeiten verhält. Das Pascal-Prinzip besagt, dass bei Druckänderungen an jedem Ort innerhalb eines geschlossenen Systems diese Druckänderungen an jedem Punkt in diesem System und in alle Richtungen gleichermaßen zu spüren sind. Dieses Prinzip ermöglicht das Funktionieren von Hydrauliksystemen. Es schreibt auch vor, dass in einem Flüssigkeitskörper, in dem keine zusätzlichen Faktoren vorhanden sind, die den Druck beeinflussen, der Druck konstant und gleichmäßig bleibt. Auf der Erde gibt es jedoch normalerweise mindestens eine andere Kraft, die den Druck einer Flüssigkeit verändert, und diese Kraft ist die Schwerkraft.
Tiefe und Unterschied
Die Schwerkraft zieht an allem, was Masse hat, nach unten. Wenn die Schwerkraft einen Flüssigkeitskörper nach unten zieht, staut sich das Gewicht der Flüssigkeit in den oberen Körperteilen auf die Flüssigkeit in den unteren Körperteilen und erzeugt einen Grad zunehmenden Drucks, wenn Sie sich in dieser Flüssigkeit nach unten bewegen. Wenn Sie zum Beispiel tief in einen See eintauchen, werden Sie einen zunehmenden Druck in Ihren Ohren spüren - und vielleicht sogar gegen Ihren Körper - je tiefer Sie tauchen. Wenn Sie aufhören, nach unten zu schwimmen, wird Sie der höhere Druck unter Ihnen wieder in Richtung des Bereichs mit niedrigerem Druck nach oben drücken. Auf diese Weise hat die Schwerkraft eine Druckdynamik erzeugt, die vorschreibt, dass unter einem eingetauchten Objekt immer ein größerer Druck herrscht als über ihm.
Archimedes und Menge
Der griechische Philosoph und Mathematiker Archimedes ging dieses Druckverständnis noch einen Schritt weiter und erklärte, warum eine Flüssigkeit eine gewisse Aufwärtskraft auf ein Objekt ausübt und es entweder aufsteigen und schweben lässt oder sinken lässt. Er stellte fest, dass die aufwärts gerichtete Kraft dem Gewicht des Wassers entsprach, das durch das eingetauchte Objekt verdrängt wurde. Beispielsweise wiegt Wasser ein Gramm pro Kubikzentimeter. Wenn Sie eine Kugel mit einem Volumen von 25 Kubikzentimetern eintauchen, haben Sie 25 Gramm Wasser verdrängt. Daher beträgt die resultierende Auftriebskraft auf diesen Ball 25 Newton (Newton sind Einheiten, die die Kraft messen). Diese Auftriebskraft basiert jedoch immer auf der Masse des verdrängten Wassers und nicht auf der Masse des Objekts.
Dichte als Entscheider
Die Dichte ist letztendlich der Faktor, der bestimmt, ob ein Objekt in einer Flüssigkeit schwimmt, sinkt oder neutral schwimmt. Wenn die 25-Kubikzentimeter-Kugel beispielsweise hohl und mit Luft gefüllt ist, ist sie leichter als die 25 Gramm Wasser, die sie verdrängt hat, und schwimmt. Wenn die Kugel aus einem dichteren Material wie Eisen besteht, ist sie möglicherweise viel schwerer und sinkt schnell auf den Grund des Gewässers. Wenn Sie jedoch einen Ball mit einem Gewicht von genau 25 Gramm eintauchen, wird er durch die Auftriebskraft nicht an die Oberfläche getrieben, sondern nur vor dem Absinken bewahrt. Dieser Ball bleibt im Körper der Flüssigkeit neutral schwimmfähig, bis er von einer äußeren Kraft beaufschlagt wird.