Chemie und Physik Adventskalender Tag 4
Tür 4 - Knetmasse und Auftrieb 
Material:
- zwei Stück Knetmasse (mit gleicher Masse)
- durchsichtige Schüssel mit Wasser
- evtl. eine Küchenwaage
Durchführung:
-
Versuchsvorbereitung:
Bevor der Versuch durchgeführt werden kann, müssen die beiden Knetmassenstücke mit Hilfe der Küchenwaage abgewogen werden. Hat man dann zwei Stücke gleicher Masse, so wird die erste Knetmasse zu einer Kugel geformt, das zweite Stück formt man zu einem Schiffchen. Die Schüssel muss nun mit Wasser gefüllt werden. -
Versuchsdurchführung:
Nun werden die beiden Stücke gleichzeitig ins Wasser gegeben. Die Kugel sollte nun zu Boden sinken, während das Schiffchen an der Wasseroberfläche schwimmt.
Erklärung:
Wird ein Körper in Wasser gegeben, so entspricht sein Auftrieb der Gewichtskraft des von ihm verdrängten Wassers. Diesen Zusammenhang nennt man auch das Archimedische Prinzip. Die Gewichtskraft des verdrängten Mediums hängt von seiner Masse ab und die Masse hängt wiederum von der Dichte und dem Volumen des Mediums ab.
Aufgrund des Archimedischen Prinzips hängt der Auftrieb vom Volumen des Körpers und der Dichte des verdrängten Mediums ab.
Das Volumen des verdrängten Wassers wird umso größer, je größer das Volumen des eingetauchten Körpers ist.
Gibt man die Knetmasse in Kugelform ins Wasser, so ist das Volumen des verdrängten Wassers gleich dem Volumen der Knetmasse und zusätzlich ist die Dichte von Wasser kleiner als die Dichte von Knetmasse. Daraus folgt, dass die Auftriebskraft der Knetmassenkugel kleiner als ihre Gewichtskraft ist, wodurch die Kugel zu Boden sinkt. Das Volumen des verdrängten Wassers war also zu gering (siehe Abb. 1).
Befindet sich das gleiche Stück Knetmasse allerdings in der Form eines Schiffchens, so wird die Auftriebskraft größer, da das Volumen des Körpers vergrößert wurde und er so mehr Wasser verdrängen kann. Das Volumen des verdrängten Wassers hat sich somit vergrößert.
Da das verdrängte Wasser zu Beginn des Eintauchens eine größere Masse als das Schiffchen und die darin enthaltene Luft hat, ist die Auftriebskraft des Schiffchens größer als seine Gewichtskraft. Das Knetmassenschiff taucht so tief ins Wasser ein, bis das verdrängte Wasser dieselbe Masse hat wie das Knetschiffchen und die darin enthaltene Luft. Zwischen Auftriebskraft und Gewichtskraft entsteht ein Gleichgewicht und das Schiffchen schwimmt (siehe Abb. 2).
Tipps:
- Hat man noch Knetmasse übrig, so kann man die Knetmasse auch noch in andere Formen bringen und überprüfen, ob jene Formen schwimmen oder sinken.
Aus: Strahl, A., Asenbaum, A., Auer, V. & Fritz, M.-C. (Hg.) (2020) Freihandkoffer Physik 2020 Home Version. Delta Phi C
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