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Die Kräfte wirken im Auftrieb. Das Objekt schwebt in Ruhe, weil die Auftriebskraft nach oben gleich der Schwerkraft nach unten ist .

Buoyancy ( / b ɔɪ ə n s i , b U j ə n s i / ), [1] [2] oder upthrust , ist eine nach oben gerichtete Kraft durch eine ausgeübte Flüssigkeit , die das gegenüberGewichtseines teilweise oder vollständig eingetauchten Objekts. In einer Flüssigkeitssäule steigt der Druck aufgrund des Gewichts der darüber liegenden Flüssigkeit mit der Tiefe an. Somit ist der Druck am Boden einer Flüssigkeitssäule größer als am Kopf der Säule. In ähnlicher Weise ist der Druck am Boden eines in eine Flüssigkeit getauchten Objekts größer als am oberen Rand des Objekts. Die Druckdifferenz führt zu einer Nettoaufwärtskraft auf das Objekt. Die Größe der Kraft ist proportional zur Druckdifferenz und entspricht (wie durch das Archimedes-Prinzip erklärt ) dem Gewicht der Flüssigkeit, die sonst das untergetauchte Volumen des Objekts einnehmen würde, dh die verdrängte Flüssigkeit.

Aus diesem Grund neigt ein Objekt, dessen durchschnittliche Dichte größer ist als die des Fluids, in das es eingetaucht ist, zum Sinken. Wenn das Objekt weniger dicht als die Flüssigkeit ist, kann die Kraft das Objekt über Wasser halten. Dies kann nur in einem nicht trägen Referenzrahmen auftreten , der entweder ein Gravitationsfeld aufweist oder aufgrund einer anderen Kraft als der Schwerkraft beschleunigt, die eine "Abwärts" -Richtung definiert. [3]

Der Auftriebsschwerpunkt eines Objekts ist der Schwerpunkt des verdrängten Flüssigkeitsvolumens.

Archimedes 'Prinzip [ Bearbeiten ]

Eine Metallmünze (eine alte britische Pfundmünze ) schwimmt aufgrund der Auftriebskraft in Quecksilber und scheint aufgrund der Oberflächenspannung des Quecksilbers höher zu schweben .
Medien abspielen
Das Galileo-Ball-Experiment zeigt den unterschiedlichen Auftrieb desselben Objekts in Abhängigkeit von seinem umgebenden Medium. Der Ball hat einen gewissen Auftrieb in Wasser , aber sobald Ethanol hinzugefügt wird (das weniger dicht als Wasser ist), verringert es die Dichte des Mediums, wodurch der Ball weiter nach unten sinkt (wodurch sein Auftrieb verringert wird).

Das Prinzip von Archimedes ist nach Archimedes von Syrakus benannt , der dieses Gesetz erstmals 212 v. Chr. Entdeckte. [4] Für schwimmende und versunkene Gegenstände sowie in Gasen und Flüssigkeiten (dh einer Flüssigkeit ) kann das Archimedes-Prinzip folgendermaßen ausgedrückt werden:

Jedes Objekt, das ganz oder teilweise in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, wird durch eine Kraft angetrieben, die dem Gewicht der durch das Objekt verdrängten Flüssigkeit entspricht

- mit der Klarstellung, dass für ein versunkenes Objekt das Volumen der verdrängten Flüssigkeit das Volumen des Objekts ist und für ein schwimmendes Objekt auf einer Flüssigkeit das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit das Gewicht des Objekts ist. [5]

Genauer gesagt: Auftriebskraft = Gewicht der verdrängten Flüssigkeit.

Das Prinzip von Archimedes berücksichtigt nicht die auf den Körper wirkende Oberflächenspannung (Kapillarität) [6], aber diese zusätzliche Kraft verändert nur die Menge der verdrängten Flüssigkeit und die räumliche Verteilung der Verdrängung , so dass das Prinzip, dass Auftrieb = Gewicht der verdrängten Flüssigkeit bleibt, erhalten bleibt gültig.

Das Gewicht des verdrängten Fluids ist direkt proportional zum Volumen des verdrängten Fluids (wenn das umgebende Fluid eine gleichmäßige Dichte aufweist). In einfachen Worten besagt das Prinzip, dass die Auftriebskraft auf ein Objekt gleich dem Gewicht des vom Objekt verdrängten Fluids oder der Dichte des Fluids multipliziert mit dem eingetauchten Volumen multipliziert mit der Gravitationsbeschleunigung ist, g. Daher haben Objekte mit größerem Volumen unter vollständig eingetauchten Objekten mit gleichen Massen einen größeren Auftrieb. Dies wird auch als Aufwärtsschub bezeichnet.

Angenommen, das Gewicht eines Felsens wird als 10 Newton gemessen, wenn es an einer Schnur in einem Vakuum aufgehängt wird, auf das die Schwerkraft einwirkt. Angenommen, wenn der Stein ins Wasser gesenkt wird, verdrängt er Wasser mit einem Gewicht von 3 Newton. Die Kraft, die es dann auf die Schnur ausübt, an der es hängt, wäre 10 Newton abzüglich der 3 Newton Auftriebskraft: 10 - 3 = 7 Newton. Der Auftrieb verringert das scheinbare Gewicht von Gegenständen, die vollständig auf den Meeresboden gesunken sind. Es ist im Allgemeinen einfacher, einen Gegenstand durch das Wasser zu heben, als ihn aus dem Wasser zu ziehen.

Unter der Annahme, dass das Prinzip von Archimedes wie folgt umformuliert wird:

dann in den Quotienten der Gewichte eingefügt, der um das gegenseitige Volumen erweitert wurde

ergibt die folgende Formel. Die Dichte des eingetauchten Objekts relativ zur Dichte der Flüssigkeit kann leicht berechnet werden, ohne dass irgendwelche Volumina gemessen werden müssen:

(Diese Formel wird beispielsweise zur Beschreibung des Messprinzips eines Dasymeters und des hydrostatischen Wiegens verwendet .)

Beispiel: Wenn Sie Holz ins Wasser fallen lassen, wird es durch Auftrieb über Wasser gehalten.

Beispiel: Ein Heliumballon in einem fahrenden Auto. Während einer Zeit zunehmender Geschwindigkeit bewegt sich die Luftmasse im Fahrzeug entgegen der Beschleunigung des Fahrzeugs (dh nach hinten). Auf diese Weise wird auch der Ballon gezogen. Da der Ballon jedoch relativ zur Luft schwimmfähig ist, wird er "aus dem Weg" geschoben und driftet tatsächlich in die gleiche Richtung wie die Beschleunigung des Autos (dh nach vorne). Wenn das Auto langsamer wird, beginnt der gleiche Ballon rückwärts zu driften. Aus dem gleichen Grund driftet der Ballon beim Umfahren einer Kurve in Richtung der Innenseite der Kurve.

Kräfte und Gleichgewicht [ Bearbeiten ]

Die Gleichung zur Berechnung des Drucks in einer Flüssigkeit im Gleichgewicht lautet:

Dabei ist f die Kraftdichte, die von einem äußeren Feld auf das Fluid ausgeübt wird, und σ der Cauchy-Spannungstensor . In diesem Fall ist der Spannungstensor proportional zum Identitätstensor:

Hier ist δ ij das Kronecker-Delta . Unter Verwendung dieser wird die obige Gleichung:

Angenommen, das äußere Kraftfeld ist konservativ, das heißt, es kann als negativer Gradient einer skalarwertigen Funktion geschrieben werden:

Dann:

Daher entspricht die Form der offenen Oberfläche eines Fluids der Äquipotentialebene des angelegten äußeren konservativen Kraftfeldes. Lassen Sie die z- Achse nach unten zeigen. In diesem Fall ist das Feld die Schwerkraft, also ist Φ = - ρ f gz, wobei g die Gravitationsbeschleunigung ist, ρ f die Massendichte des Fluids. Wenn der Druck an der Oberfläche als Null genommen wird, wobei z Null ist, ist die Konstante Null, so dass der Druck in der Flüssigkeit, wenn sie der Schwerkraft ausgesetzt ist, gleich ist

Der Druck steigt also mit der Tiefe unter der Oberfläche einer Flüssigkeit an, da z den Abstand von der Oberfläche der Flüssigkeit in diese bezeichnet. Jedes Objekt mit einer vertikalen Tiefe ungleich Null hat oben und unten unterschiedliche Drücke, wobei der Druck auf der Unterseite größer ist. Dieser Druckunterschied verursacht die Auftriebskraft nach oben.

Die auf einen Körper ausgeübte Auftriebskraft kann nun leicht berechnet werden, da der Innendruck der Flüssigkeit bekannt ist. Die auf den Körper ausgeübte Kraft kann berechnet werden, indem der Spannungstensor über die Oberfläche des Körpers integriert wird, die mit der Flüssigkeit in Kontakt steht:

Das Oberflächenintegral kann mit Hilfe des Gauß-Theorems in ein Volumenintegral umgewandelt werden :

wobei V das Maß für das Volumen ist, das mit der Flüssigkeit in Kontakt steht, dh das Volumen des eingetauchten Körperteils, da die Flüssigkeit keine Kraft auf den Teil des Körpers ausübt, der sich außerhalb davon befindet.

Die Größe der Auftriebskraft kann aus dem folgenden Argument etwas besser beurteilt werden. Betrachten Sie jedes Objekt beliebiger Form und beliebigen Volumens V, das von einer Flüssigkeit umgeben ist. Die Kraft, die die Flüssigkeit auf ein Objekt in der Flüssigkeit ausübt, entspricht dem Gewicht der Flüssigkeit mit einem Volumen, das dem des Objekts entspricht. Diese Kraft wird in einer Richtung angewendet, die der Gravitationskraft entgegengesetzt ist, dh von der Größe ist:

wobei ρ f die Dichte des Fluids ist, V disp das Volumen des verdrängten Flüssigkeitskörpers ist und g die Gravitationsbeschleunigung an dem fraglichen Ort ist.

Wenn dieses Flüssigkeitsvolumen durch einen Festkörper mit genau derselben Form ersetzt wird, muss die Kraft, die die Flüssigkeit auf ihn ausübt, genau dieselbe sein wie oben. Mit anderen Worten ist die "Auftriebskraft" auf einen untergetauchten Körper in die entgegengesetzte Richtung zur Schwerkraft gerichtet und gleich groß wie

Die Nettokraft auf das Objekt muss Null sein, wenn es sich um eine Situation der Fluidstatik handelt, in der das Archimedes-Prinzip anwendbar ist, und ist somit die Summe der Auftriebskraft und des Gewichts des Objekts

Wenn der Auftrieb eines (ungehemmten und nicht angetriebenen) Objekts sein Gewicht überschreitet, steigt es tendenziell an. Ein Objekt, dessen Gewicht seinen Auftrieb überschreitet, neigt dazu zu sinken. Die Berechnung der Aufwärtskraft auf ein untergetauchtes Objekt während seiner Beschleunigungsperiode kann nicht allein nach dem Archimedes-Prinzip erfolgen. Es ist notwendig, die Dynamik eines Objekts mit Auftrieb zu berücksichtigen. Sobald es vollständig auf den Boden der Flüssigkeit gesunken ist oder an die Oberfläche steigt und sich absetzt, kann das Archimedes-Prinzip allein angewendet werden. Bei einem schwimmenden Objekt verdrängt nur das untergetauchte Volumen Wasser. Bei einem versunkenen Objekt verdrängt das gesamte Volumen Wasser, und es kommt zu einer zusätzlichen Reaktionskraft vom festen Boden.

Damit das Archimedes-Prinzip allein angewendet werden kann, muss sich das betreffende Objekt im Gleichgewicht befinden (die Summe der auf das Objekt einwirkenden Kräfte muss daher Null sein).

und deshalb

Dies zeigt, dass die Tiefe, in die ein schwimmendes Objekt sinkt, und das Flüssigkeitsvolumen, das es verdrängt, unabhängig vom geografischen Standort unabhängig vom Gravitationsfeld sind .

( Hinweis: Wenn es sich bei der fraglichen Flüssigkeit um Meerwasser handelt , hat sie nicht an jedem Ort die gleiche Dichte ( ρ ), da die Dichte von Temperatur und Salzgehalt abhängt . Aus diesem Grund kann ein Schiff eine Plimsoll-Linie aufweisen .)

Es kann vorkommen, dass andere Kräfte als nur Auftrieb und Schwerkraft ins Spiel kommen. Dies ist der Fall, wenn das Objekt zurückgehalten wird oder wenn das Objekt auf den festen Boden sinkt. Ein Objekt, das zum Schweben neigt, benötigt eine Spannungsrückhaltekraft T, um vollständig eingetaucht zu bleiben. Ein Objekt, das zum Sinken neigt, wird schließlich eine normale Zwangskraft N haben, die vom festen Boden auf ihn ausgeübt wird. Die Zwangskraft kann eine Spannung in einer Federskala sein, die ihr Gewicht in der Flüssigkeit misst, und ist, wie das scheinbare Gewicht definiert wird.

Wenn das Objekt sonst schweben würde, ist die Spannung, um es vollständig unter Wasser zu halten, wie folgt:

Wenn sich ein sinkender Gegenstand auf dem festen Boden niederlässt, erfährt er eine normale Kraft von:

Eine andere mögliche Formel zur Berechnung des Auftriebs eines Objekts besteht darin, das scheinbare Gewicht dieses bestimmten Objekts in der Luft (berechnet in Newton) und das scheinbare Gewicht dieses Objekts im Wasser (in Newton) zu ermitteln. Um die Auftriebskraft zu ermitteln, die in der Luft auf das Objekt wirkt, gilt diese Formel unter Verwendung dieser speziellen Informationen:

Auftriebskraft = Gewicht des Objekts im leeren Raum - Gewicht des in Flüssigkeit eingetauchten Objekts

Das Endergebnis würde in Newton gemessen.

Die Luftdichte ist im Vergleich zu den meisten Feststoffen und Flüssigkeiten sehr gering. Aus diesem Grund entspricht das Gewicht eines Objekts in Luft ungefähr dem tatsächlichen Gewicht in einem Vakuum. Der Auftrieb von Luft wird bei den meisten Objekten während einer Luftmessung vernachlässigt, da der Fehler normalerweise unbedeutend ist (normalerweise weniger als 0,1%, außer bei Objekten mit sehr geringer durchschnittlicher Dichte wie einem Ballon oder leichtem Schaum).

Vereinfachtes Modell [ Bearbeiten ]

Druckverteilung auf einem eingetauchten Würfel
Kräfte auf einen eingetauchten Würfel
Approximation eines beliebigen Volumens als Gruppe von Würfeln

Eine vereinfachte Erklärung für die Integration des Drucks über die Kontaktfläche kann wie folgt angegeben werden:

Stellen Sie sich einen Würfel vor, der in eine Flüssigkeit mit horizontaler Oberseite eingetaucht ist.

Die Seiten sind flächenmäßig identisch und haben die gleiche Tiefenverteilung, daher haben sie auch die gleiche Druckverteilung und folglich die gleiche Gesamtkraft, die sich aus dem hydrostatischen Druck ergibt, der senkrecht zur Ebene der Oberfläche jeder Seite ausgeübt wird.

Es gibt zwei Paare gegenüberliegender Seiten, daher gleichen sich die resultierenden horizontalen Kräfte in beiden orthogonalen Richtungen aus, und die resultierende Kraft ist Null.

Die Aufwärtskraft auf den Würfel ist der Druck auf die Bodenfläche, der über seine Fläche integriert ist. Die Oberfläche befindet sich in konstanter Tiefe, daher ist der Druck konstant. Daher ist das Integral des Drucks über die Fläche der horizontalen Bodenfläche des Würfels der hydrostatische Druck in dieser Tiefe multipliziert mit der Fläche der Bodenfläche.

In ähnlicher Weise ist die Abwärtskraft auf den Würfel der Druck auf die Oberseite, der über seine Fläche integriert ist. Die Oberfläche befindet sich in konstanter Tiefe, daher ist der Druck konstant. Daher ist das Integral des Drucks über die Fläche der horizontalen Oberseite des Würfels der hydrostatische Druck in dieser Tiefe multipliziert mit der Fläche der Oberseite.

Da es sich um einen Würfel handelt, sind die Ober- und Unterseite in Form und Fläche identisch, und die Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite des Würfels ist direkt proportional zur Tiefendifferenz, und die resultierende Kraftdifferenz ist genau gleich dem Gewicht von die Flüssigkeit, die in ihrer Abwesenheit das Volumen des Würfels einnehmen würde.

Dies bedeutet, dass die resultierende Aufwärtskraft auf den Würfel gleich dem Gewicht der Flüssigkeit ist, die in das Volumen des Würfels passen würde, und die Abwärtskraft auf den Würfel sein Gewicht ist, wenn keine äußeren Kräfte vorhanden sind.

Diese Analogie gilt für Variationen in der Größe des Würfels.

Wenn zwei Würfel mit jeweils einer Kontaktfläche nebeneinander platziert werden, sind die Drücke und resultierenden Kräfte an den Seiten oder Teilen davon, die in Kontakt stehen, ausgeglichen und können ignoriert werden, da die Kontaktflächen in Form, Größe und Druckverteilung gleich sind. Daher ist der Auftrieb von zwei Würfeln in Kontakt die Summe der Aufträge jedes Würfels. Diese Analogie kann auf eine beliebige Anzahl von Würfeln erweitert werden.

Ein Objekt beliebiger Form kann als eine Gruppe von Würfeln in Kontakt miteinander approximiert werden, und wenn die Größe des Würfels verringert wird, nimmt die Genauigkeit der Approximation zu. Der Grenzfall für unendlich kleine Würfel ist die genaue Äquivalenz.

Abgewinkelte Flächen heben die Analogie nicht auf, da die resultierende Kraft in orthogonale Komponenten aufgeteilt und jeweils auf die gleiche Weise behandelt werden kann.

Statische Stabilität [ Bearbeiten ]

Darstellung der Stabilität von bodenschweren (links) und kopflastigen (rechts) Schiffen in Bezug auf die Positionen ihrer Auftriebsschwerpunkte (CB) und Schwerkraft (CG)

Ein schwebendes Objekt ist stabil, wenn es nach einer kleinen Verschiebung dazu neigt, sich wieder in eine Gleichgewichtsposition zu versetzen. Beispielsweise weisen schwebende Objekte im Allgemeinen eine vertikale Stabilität auf. Wenn das Objekt leicht nach unten gedrückt wird, entsteht eine größere Auftriebskraft, die das Objekt, unausgeglichen durch die Gewichtskraft, wieder nach oben drückt.

Die Rotationsstabilität ist für schwimmende Schiffe von großer Bedeutung. Bei einer kleinen Winkelverschiebung kann das Schiff in seine ursprüngliche Position zurückkehren (stabil), sich von seiner ursprünglichen Position entfernen (instabil) oder dort bleiben, wo es sich befindet (neutral).

Die Rotationsstabilität hängt von den relativen Wirkungslinien der Kräfte auf ein Objekt ab. Die Auftriebskraft nach oben auf ein Objekt wirkt durch das Auftriebszentrum und ist der Schwerpunkt des verdrängten Flüssigkeitsvolumens. Die Gewichtskraft auf das Objekt wirkt durch seinen Schwerpunkt . Schwimmfähiger Gegenstand stabil sein , wenn der Schwerpunkt unterhalb des Zentrums des Auftriebs ist , da jede Winkelverschiebung wird dann eine ‚aufrichtende erzeugen Moment ‘.

Die Stabilität eines schwimmfähigen Objekts an der Oberfläche ist komplexer und kann auch dann stabil bleiben, wenn der Schwerpunkt über dem Auftriebsmittelpunkt liegt, vorausgesetzt, dass sich der Auftriebsmittelpunkt bei Störung aus der Gleichgewichtsposition weiter auf dieselbe Seite bewegt dass sich der Schwerpunkt bewegt und somit ein positives Aufrichtmoment liefert. In diesem Fall soll das schwebende Objekt eine positive metazentrische Höhe haben . Diese Situation gilt normalerweise für einen Bereich von Fersenwinkeln, über den sich das Auftriebszentrum nicht genug bewegt, um ein positives Aufrichtmoment bereitzustellen, und das Objekt wird instabil. Es ist möglich, während einer Fersenstörung mehrmals von positiv nach negativ oder umgekehrt zu wechseln, und viele Formen sind in mehr als einer Position stabil.

Flüssigkeiten und Objekte [ bearbeiten ]

Die Dichte der Atmosphäre hängt von der Höhe ab. Wenn ein Luftschiff in der Atmosphäre aufsteigt, nimmt sein Auftrieb mit abnehmender Dichte der Umgebungsluft ab. Im Gegensatz dazu steigt ein U-Boot, wenn es Wasser aus seinen Auftriebstanks ausstößt, an, weil sein Volumen konstant ist (das Wasservolumen, das es verdrängt, wenn es vollständig eingetaucht ist), während seine Masse abnimmt.

Komprimierbare Objekte [ Bearbeiten ]

Wenn ein schwebendes Objekt steigt oder fällt, ändern sich die Kräfte außerhalb des Objekts, und da alle Objekte in gewissem Maße komprimierbar sind, ändert sich auch das Volumen des Objekts. Der Auftrieb hängt vom Volumen ab. Daher verringert sich der Auftrieb eines Objekts, wenn es komprimiert wird, und erhöht sich, wenn es sich ausdehnt.

Wenn ein Objekt im Gleichgewicht eine geringere Kompressibilität als die umgebende Flüssigkeit aufweist, ist das Gleichgewicht des Objekts stabil und es bleibt in Ruhe. Wenn jedoch seine Kompressibilität größer ist, ist sein Gleichgewicht instabil , und es steigt und dehnt sich bei der geringsten Störung nach oben aus oder fällt und komprimiert bei der geringsten Störung nach unten.

U-Boote [ bearbeiten ]

U-Boote steigen und tauchen, indem sie große Ballasttanks mit Meerwasser füllen . Zum Tauchen werden die Tanks geöffnet, damit Luft aus den Tanks austreten kann, während das Wasser von unten einströmt. Sobald das Gewicht so ausgeglichen wurde, dass die Gesamtdichte des U-Bootes dem Wasser um es herum entspricht, hat es einen neutralen Auftrieb und bleibt in dieser Tiefe. Die meisten militärischen U-Boote arbeiten mit einem leicht negativen Auftrieb und behalten ihre Tiefe bei, indem sie den "Auftrieb" der Stabilisatoren mit Vorwärtsbewegung verwenden. [ Zitat benötigt ]

Luftballons [ bearbeiten ]

Die Höhe, auf die ein Ballon steigt, ist tendenziell stabil. Wenn ein Ballon steigt, nimmt sein Volumen mit abnehmendem Luftdruck tendenziell zu, aber der Ballon selbst dehnt sich nicht so stark aus wie die Luft, auf der er fährt. Die durchschnittliche Dichte des Ballons nimmt weniger ab als die der Umgebungsluft. Das Gewicht der verdrängten Luft wird reduziert. Ein aufsteigender Ballon hört auf aufzusteigen, wenn er und die verdrängte Luft das gleiche Gewicht haben. In ähnlicher Weise neigt ein sinkender Ballon dazu, nicht mehr zu sinken.

Taucher [ bearbeiten ]

Unterwassertaucher sind ein häufiges Beispiel für das Problem eines instabilen Auftriebs aufgrund von Kompressibilität. Der Taucher trägt normalerweise einen Expositionsanzug, der zur Isolierung auf gasgefüllten Räumen beruht, und kann auch einen Auftriebskompensator tragen , bei dem es sich um einen Auftriebsbeutel mit variablem Volumen handelt, der zur Erhöhung des Auftriebs aufgeblasen und zur Verringerung des Auftriebs entleert wird. Der gewünschte Zustand ist normalerweise ein neutraler Auftrieb, wenn der Taucher in der Mitte des Wassers schwimmt, und dieser Zustand ist instabil, so dass der Taucher ständig Feineinstellungen durch Kontrolle des Lungenvolumens vornimmt und den Inhalt des Auftriebskompensators anpassen muss, wenn die Tiefe variiert.

Dichte [ Bearbeiten ]

Dichtesäule von Flüssigkeiten und Feststoffen: Babyöl , Reinigungsalkohol (mit roter Lebensmittelfarbe ), Pflanzenöl , Wachs , Wasser (mit blauer Lebensmittelfarbe) und Aluminium

Wenn das Gewicht eines Objekts geringer ist als das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit, wenn es vollständig eingetaucht ist, hat das Objekt eine durchschnittliche Dichte, die geringer als die Flüssigkeit ist, und wenn es vollständig eingetaucht ist, erfährt es eine Auftriebskraft, die größer als sein eigenes Gewicht ist. [7]Wenn die Flüssigkeit eine Oberfläche hat, wie z. B. Wasser in einem See oder im Meer, schwimmt das Objekt und setzt sich auf einem Niveau ab, auf dem es das gleiche Flüssigkeitsgewicht wie das Gewicht des Objekts verdrängt. Wenn das Objekt in die Flüssigkeit eingetaucht ist, z. B. ein untergetauchtes U-Boot oder Luft in einem Ballon, steigt es tendenziell an. Wenn das Objekt genau die gleiche Dichte wie die Flüssigkeit hat, entspricht sein Auftrieb seinem Gewicht. Es bleibt in der Flüssigkeit eingetaucht, sinkt jedoch nicht und schwimmt nicht, obwohl eine Störung in beide Richtungen dazu führt, dass es von seiner Position abweicht. Ein Objekt mit einer höheren durchschnittlichen Dichte als die Flüssigkeit erfährt niemals mehr Auftrieb als Gewicht und sinkt. Ein Schiff schwimmt, obwohl es aus Stahl besteht (der viel dichter als Wasser ist), weil es ein Luftvolumen einschließt (das viel weniger dicht als Wasser ist).und die resultierende Form hat eine durchschnittliche Dichte, die geringer als die des Wassers ist.

Siehe auch [ Bearbeiten ]

  • Erdatmosphäre , auch als Luft-Gas-Schicht bekannt, die die Erde umgibt: Meistens Stickstoff, einzigartig sauerstoffreich, mit Spuren anderer Moleküle
  • Archimedes Paradoxon
  • Boje  - Schwimmende Struktur oder Vorrichtung
  • Brunt-Väisälä-Frequenz  - Die Winkelfrequenz, mit der ein vertikal verschobenes Paket in einer statisch stabilen Umgebung schwingt
  • Auftriebskompensator (Tauchen)  - Tauchausrüstung zur Steuerung des Auftriebs durch Volumenanpassung
  • Auftriebskompensator (Luftfahrt)
  • Kartesischer Taucher  - Klassisches wissenschaftliches Experiment, das das Archimedes-Prinzip und das ideale Gasgesetz demonstriert
  • Dasymeter
  • Tauchen Gewichtungssystem  - Ballast durch von Tauchern und Tauchausrüstung Überschuss Auftrieb entgegenzuwirken
  • Flüssigkeit  - Substanz, die sich unter einer aufgebrachten Scherbeanspruchung kontinuierlich verformt, einschließlich Flüssigkeiten und Gase
  • Hydrostatik  - Zweig der Strömungsmechanik, der ruhende Flüssigkeiten untersucht
  • Galileo-Thermometer  - Thermometer mit mehreren Glasgefäßen unterschiedlicher Dichte
  • Rumpf (Schiff)
  • Hydrometer
  • Hydrostatisches Wiegen
  • Leichter als Luft
  • Marinearchitektur  - Ingenieurdisziplin, die sich mit der Planung und dem Bau von Seeschiffen befasst
  • Plimsoll Linie
  • Ponton
  • Treibsand  - Geologische Eigenschaft
  • Salzfingern  - Ein Mischvorgang, der auftritt, wenn relativ warmes, salziges Wasser über relativ kälterem, frischerem Wasser liegt
  • U-Boot  - Wasserfahrzeuge, die unter Wasser unabhängig betrieben werden können
  • Blase schwimmen
  • Schub  - Reaktionskraft

Referenzen [ bearbeiten ]

  1. ^ Wells, John C. (2008), Longman Aussprachewörterbuch (3. Aufl.), Longman, ISBN 9781405881180
  2. ^ Roach, Peter (2011), Cambridge English Pronouncing Dictionary (18. Ausgabe), Cambridge: Cambridge University Press, ISBN 9780521152532
  3. ^ Hinweis: Bei fehlender Oberflächenspannung entspricht die verdrängte Flüssigkeitsmasse dem eingetauchten Volumen multipliziert mit der Flüssigkeitsdichte. Eine hohe abstoßende Oberflächenspannung führt dazu, dass der Körper höher als erwartet schwimmt, obwohl das gleiche Gesamtvolumen verschoben wird, jedoch in größerer Entfernung vom Objekt. Wenn Zweifel an der Bedeutung von "verdrängtem Flüssigkeitsvolumen" bestehen, sollte dies als Überlauf aus einem vollen Behälter interpretiert werden, wenn das Objekt darin schwimmt, oder als Volumen des Objekts unter dem durchschnittlichen Flüssigkeitsstand.
  4. ^ Acott, Chris (1999). "Die tauchenden" Anwälte ": Eine kurze Zusammenfassung ihres Lebens" . Zeitschrift der South Pacific Underwater Medicine Society . 29 (1). ISSN 0813-1988 . OCLC 16986801 . Archiviert vom Original am 2. April 2011 . Abgerufen am 13. Juni 2009 .  .
  5. ^ Pickover, Clifford A. (2008). Archimedes zu Hawking . Oxford University Press US. p. 41 . ISBN 9780195336115.
  6. ^ "Floater-Clustering in einer stehenden Welle: Kapillaritätseffekte führen dazu, dass sich hydrophile oder hydrophobe Partikel an bestimmten Punkten einer Welle ansammeln" (PDF) . 23. Juni 2005. Archiviert (PDF) vom Original am 21. Juli 2011.
  7. ^ Pickover, Clifford A. (2008). Archimedes zu Hawking . Oxford University Press US. p. 42 . ISBN 9780195336115.

Externe Links [ Bearbeiten ]

  • Ins Wasser fallen
  • Archimedes 'Prinzip - Hintergrund und Experiment
  • BuoyancyQuest (eine Website mit Videos zur Auftriebskontrolle)
  • WH Besant (1889) Elementare Hydrostatik aus Google Books .
  • NASAs Definition von Auftrieb