„Diskussion:Statischer Auftrieb“ – Versionsunterschied

Auf dieser Seite werden Abschnitte ab Überschriftenebene 2 automatisch archiviert, die seit 30 Tagen mit dem Baustein {{Erledigt|1=--~~~~}} versehen sind.

Auf dieser Seite werden Abschnitte automatisch archiviert, deren jüngster Beitrag mehr als 720 Tage zurückliegt und die mindestens 2 signierte Beiträge enthalten. Die Archivübersicht befindet sich unter Archiv.

Als Laie erlaube ich mir die Bemerkung, dass ich den Abschnitt über den Auftrieb von Schiffen nicht so recht verstehe. Vielleicht könnte man ihn eindeutiger und klarer formulieren. Ich verstehe, dass das Gesamtgewicht des Schiffes dem Gesamtgewicht des verdrängten Wassers entspricht ("actio = reactio"). Warum jetzt aber nur der eingetauchte Teil des Schiffes seinen Auftrieb bewirken soll, obwohl angeblich - so muss man den Text verstehen - s ä m t l i c h e Hohlräume des Schiffes zur relativ geringeren Dichte (?) des physikalischen Körpers "Schiff" beitragen, bleibt unklar. - Und in diesem Zusammenhang sollte man auch erklären, wie der scheinbar (?) grössere Auftrieb des Katamarans oder gar des Trimarans zu erklären ist, denn er taucht erheblich weniger ins Wasser ein, so dass er viel schneller fahren kann als ein sog. Verdränger-Schiff. (Vermutlich kommt man dann nicht mehr um die zusätzliche Darstellung des Begriffs der von Wasser "benetzten" Fläche harum. - Diesen Begriff müsste man dann wohl aber auch bei der Darstellung des Auftriebs von Schiffen benutzen und erklären.) <kreuz des südens>

Anders ausgedrückt: Man müsste erklären, dass ein Schiff zwar genau so viel Wasser verdrängt wie es wiegt, dass sich sein Gewicht aber auf eine grosse Wasserfläche verteilt. Man könnte dies an einer Untertasse aus normal dünnem Porzellan im Spülbecken verdeutlichen: Lässt man die Untertasse senkrecht ins Wasser gleiten, versinkt sie sofort - denn Porzellan ist schwerer als Wasser. Setzt man sie aber vorsichtig horizontal auf die Wasseroberfläche, schwimmt sie. - Und diesen Effekt müsste man in "laienhafter" Sprache verdeutlichen. <kreuz des südens>

Hallo, beim statischen Auftrieb, also wenn das Schiff sich nicht bewegt, ist das Volumen des eingetauchten Teils des Schiffes und seine Masse im Gleichgewicht zum verdrängten Wasser, (nicht das Gesamtvolumen des Schiffes).

Bei einigen Schiffen auch noch dynamischer Auftrieb ins Spiel, sobald sie sich im Wasser bewegen. Dann wirken zusätzliche Kräfte durch die Strömung, die z.B. den Rumpf geschwindigkeitsabhängig ein klein wenig aus dem Wasser heben können. Das nennt man beim Schiff gleiten. Schau dir mal den Artikel Verdränger und Gleiter an. Grüße Hadhuey

Zum einen ist folgendes Inhalt redundant: "Und g rho V ist [seine] Gewichtskraft." Am Anfang des Absatzes steht: "Der statische Auftrieb entspricht der Gewichtskraft des verdrängten Fluids." Vielleicht könnte man beide Formulierungen zusammenführen.

Weiterhin könnte man in Kapitel "Ursache und Größe" wie in der Einleitung beschrieben zusätzlich erwähnen, dass die Auftriebskraft der Gewichtskraft eines im Fluid befindlichen Körpers entgegengesetzt ist, um ein grundlegendes Verständnis über den Sachverhalt zu gewährleisten. --Retorte (Diskussion) 12:45, 6. Apr. 2014 (CEST)Beantworten

entweder in das der Körper eingetaucht wird oder in dem der Körper eingetaucht ist. Es ginge auch in das der Körper eingetaucht worden ist. Ra-raisch (Diskussion) 10:45, 3. Jun. 2015 (CEST)Beantworten

korrekt wäre sicherlich auch vektoriell ${\displaystyle F_{\mathrm {A} }^{1}=-g^{1}\rho V}$ ist ja hier beschrieben Archimedisches_Prinzip Ra-raisch (Diskussion) 12:18, 3. Jun. 2015 (CEST)Beantworten

Anlass meiner Frage ist dieser Edit/Teil-Revert.

Das archimedische Prinzip gilt natürlich auch für Objekte, die schwerer als das umgebende Medium sind, z.B. einem Stein im Wasser. Im ganzen Artikel ist aber nicht 1 solches Beispiel. Nun meine Frage:

Spricht man auch von "statischem Auftrieb", wenn nicht einmal eine Komponente des Objekts leichter als das Medium ist? Denn eigentlich ist es dann ja "statischer Abtrieb" - oder "negativer statischer Auftrieb"?

Im Beispiel: Egal welchen Kubikmillimeter des Steins man betrachtet - jeder ist schwerer als Wasser. Anders z.B. bei einem U-Boot: Die Stahl-Bordwand ist zwar schwerer, der Innenraum aber leichter. Die Bordwand erzeugt eine Abtriebskraft, der Innenraum den Auftrieb.

--arilou (Diskussion) 09:24, 23. Aug. 2018 (CEST)Beantworten

Laut Artikel:

Wenn kein Fluid an die Unterseite des Körpers gelangen kann, dann gilt das archimedische Prinzip nicht. In diesem Fall ergibt sich keine Auftriebskraft.

Andererseits entsteht nur dann eine Auftriebskraft, wenn sich unterhalb des Körpers Fluid befindet. (Dieses ist bspw. nicht der Fall bei einem senkrecht stehenden geraden Zylinder, der auf dem Grund steht.)

Das ist falsch.

Gegenbeispiel: Ich nehme ein langes Plastikrohr (viele Meter) und fülle es mit einem Styroporkern (damit der Wasserdruck es nicht zusammendrücken kann). Das "Vollrohr" verklebe ich am Boden eines sehr hohen Gefäßes, so dass garantiert kein Fluid (Wasser) daruntergelangen kann. Jetzt fülle ich das Gefäß langsam mit Wasser.

Ab einer bestimmten Füllhöhe reißt das Rohr sich entweder vom Boden ab, oder wird etwas weiter oben abgerissen und schnellt nach oben. Und da soll "keine Auftriebskraft" wirken? Was reißt dann das Rohr ab? Ein göttlicher Eingriff?!?

--arilou (Diskussion) 09:35, 23. Aug. 2018 (CEST)Beantworten

Arilou hat recht:

Schon mal mit einer holländischen Tjalk bei ablaufendem Wasser ein paar Stunden im Watt festgesessen? Keine Handbreit Wasser unterm Plattboden. Als die Flut kam und bis zur Wasserlinie des Schiffs gestiegen war, schwammen wir dank Archi ganz sutje wieder auf. Herrliches Gefühl.

Gruß Anguilla sp. (Diskussion) 11:10, 17. Sept. 2018

Inzwischen heißt es:

„Wenn kein Fluid an die Unterseite des Körpers gelangen kann, dann gilt das archimedische Prinzip nicht. In diesem Fall kann sich dennoch eine Auftriebskraft ergeben“.

...was genauso merkwürdig ist. Um nicht zu sagen geheimnisvoll! Es scheint mir ohne entsprechende Versuche so zu sein: nicht die Anwesenheit des Fluides ist entscheidend sondern der Druck. Wie der übertragen wird, ist dahingestellt. Das mit dem Kahn im Wattenmeer ist natürlich kein treffendes Beispiel, denn der Schlamm hat sicher eine noch höhere Dichte als Wasser. Stellen wir uns Arilou sein Rohr durch den Boden des Gefäßes ragend vor, dann wirken wegen dessen zylindrischer Gestalt ausschließlich waagerechte Kräfte auf die Rohroberfläche im Wasser. Da hebt sich nix. Bei Gelegenheit macht das doch mal mit einem Strohhalm!--Ulf 14:57, 18. Mär. 2019 (CET)Beantworten

Also, was da momentan im Artikel steht, ist sehr bedenklich bis schlicht falsch. Zumindest missverständlich ausgedrückt. Stand übers Jahrzehnt da auch schon mal besser.

• Die Tjalk ist ein schlechtes Beispiel, denn der Schlick ist auch ein Fluid, das in Sachen der Druckübertragung ähnlich auf die Unterseite wirkt wie der freie Atlantik.
• Das Gedankenexperiment mit dem (Kunststoff-)Rohr, das im Grund des Gewässers verankert wird, ist genau zielführend:
  • Wenn die untere Bodenfläche so mit dem Grund verschmolzen ist, etwa in Beton oder Stahl oder Granit, und das Wasser vom Gewässer nicht wie etwa beim Sand (Deichbau bedenken!) auf einem Umweg unterhalb der Bodenplatte drücken kann, dann hat dieses Gebilde definitiv keinen Auftrieb.
  • Wenn das Rohr auf Sand aufliegt, dann gibt es zwischen den Sandkörnern oder in Schluff und feinem Ton oder Lehm eine Druckübertragung. Würde das Zeugs an der Oberfläche liegen und man leitet mit Feuerwehr-Ausrüstung oder über eine kaputte Wasserleitung im Boden den gleichen Druck (oft entsprechend 80 oder 120 Meter Wassertiefe) unterhalb dieses Materials, dann drückt es das Zeug auch nach oben und es gibt eine Fontäne. Müsste schon eine kräftige Stahlbetonplatte sein, damit das nicht passiert.
  • Wenn der Abschnittseröffner sein Gedankenexperiment mal in der Realität ausführen würde, statt sich bloß vorzustellen, was seinem Gefühl nach passieren würde, dann würde er auch hier ein weiteres hydrostatisches Paradoxon feststellen: Sein Kunststoffrohr schwimmt, anders als er glaubt, tatsächlich nicht auf. Weil es keine Kraft gibt, die es losreißen würde, weil es auch nicht „schwimmt“, weil das Teil unter seinen Versuchsbedingungen auch keinen Auftrieb hätte. Das Rohr reißt nicht ab; da braucht es keine Götter zu.
• Der statische (übrigens auch dynamische) Auftrieb ist das Integral einer Spannungsverteilung.
  • Alle horizontal wirkenden kleinen Spannungspfeile, die vom Umgebungsdruck ausgeübt werden, heben sich gegenseitig auf.
  • Was übrig bleibt, ist der Druck auf die projizierte Fläche vertikal von oben, der sich aus Luftdruck und womöglich eingetauchter Wassertiefe errechnet, und der Druck auf die der Fluidwirkung (Wasser, Schlick, Sand) von unten vertikal ausgesetzten Fläche.
  • Nimmt man zur Vereinfachung erstmal einen prismatischen Körper mit vertikalen Wänden und horizontalen Deckflächen an, dann ist wegen des linear in die Tiefe zunehmenden Drucks eines inkompressiblen Mediums die Differenz zwischen der Druckkraft auf die untere der Fluidwirkung ausgesetzten Fläche und der Druckkraft auf die obere Fläche genau das Volumen des verdrängten Fluids, multipliziert mit seiner Wichte. Weil der hydrostatische Druck p = ρ·g·h ist und die Druckkraft F = p·A = ρ·g·h·A und das Volumen V = h·A und die Gewichtskraft G = m·g = ρ·V·g = ρ·h·A·g und damit Druckkraft gleich Gewichtskraft, nämlich F = ρ·g·h·A = G. Oder anders, die Differenz zwischen Druckkraft von unten minus Druckkraft von oben ist ρ·g·h_u·A − ρ·g·h_o·A = ρ·g·A·(h_u−h_o) = ρ·g·V und das ist das Gewicht des verdrängten Volumens eines frei schwimmenden Körpers.
  • Bei einem Körper mit nicht vertikalen Wänden ergibt sich das genauso, braucht man nur Analysis dazu, oder für den Schulkind-Gebrauch eine Zusammensetzung aus unterschiedlich hohen Zylindern ähnlich Orgelpfeifen.
  • Wenn die Druckwirkung von unten ganz oder teilweise wegen Verbindung mit einem starren Untergrund wegfällt, dann fällt auch der Auftrieb weg.
• U-Boot-Fahrer fürchten das Aufsetzen auf einen sandigen Meeresboden wie die Pest, und jeder Bergungskapitän weiß das auch: Wenn das U-Boot auf Felsengrund, also Geröll, lauter großen Steinen aufsitzt, dann wirkt das Fluid von unten auf das U-Boot und es ist nicht gefährdet. Sitzt er auf Sand, dann wirkt das Fluid nicht mehr voll von unten (ggf. noch reduziert), und dann reicht der erzeugbare Auftrieb nicht mehr, um sich loszureißen, und die Besatzung muss aussteigen und den Kahn untenlassen. Ein Wrack, das in Sand eingespült deutlich unter der Wasseroberfläche liegt, bringt niemand mehr hoch. Bei der Bergung wird mit Strahlrohren der Schmodder unter dem Wrack weggespült; erst wenn es weitestgehend freigespült wurde, wird es möglich, mit Schwimmkörpern oder Kränen den Rumpf anzuheben.
• Die Abschnittsüberschrift ist Quatsch; wenn kein Druck von unten auf den Körper ausgeübt wird, dann gibt es tatsächlich auch keinen Auftrieb. Wenn die Druckwirkung durch nahezu festes Material eingeschränkt wird, dann ist der Auftrieb entsprechend reduziert. Lediglich zähe Materialien wie Schlick oder Honig am Grund hingegen können den Druck fast genauso weitergeben wie Wasser.

Der Satz „Gewichtskraft der entsprechenden Verformung des Fluids“ ist Unsinn. Eine „Verformung“ ist eine geometrische Veränderung von einem Zustand zu einem anderen, die hier überhaupt nicht vorkommt; die bewährte handelsübliche Formulierung lautet: „Gewichtskraft des verdrängten Volumens, das vom Fluid eingenommen wäre, wenn der Körper nicht vorhanden wäre“.

Ahoi. --Schiefbauer (Diskussion) 12:36, 24. Mär. 2019 (CET)Beantworten

Der Grund warum ein U-Boot im Sand hängenbleibt ist Adhäsion und nicht fehlender Auftrieb.--Maschinist1968 (Diskussion) 10:48, 17. Feb. 2020 (CET)Beantworten

Bzgl. diesem Edit von Benutzer:Ulfbastel habe ich Zweifel. Da ich aber nicht weis, wie das zu berechnen ist, habe ich unter "Wikipedia:Auskunft#Metallmünze in Quecksilber ~ Oberflächenspannung?" nach Hilfe gefragt.

--arilou (Diskussion) 09:42, 26. Mär. 2019 (CET)Beantworten

Der Edit ist völlig in Ordnung.

Die Differenz der Dichten reicht aus, um einen Schwimmzustand zu erklären, die Oberflächenspannung ist in diesem Fall nicht relevant:

• Quecksilber: 13,55 g/cm³
• Eisen/Legierung: 7 oder 8 g/cm³ / Nordisches Gold: 7 g/cm³

Ein leichteres Material schwimmt also auf einem fast doppelt so schweren Fluid, ragt schon deshalb zu 50 % aus dem Flüssigkeitsspiegel.

• Sie hat statischen Auftrieb im Umfang einer Münze aus Quecksilber, aber nur die halbe Gewichtskraft, also die einer Münze aus Eisen
• Ein theoretischer Beitrag der Oberflächenspannung ist vernachlässigbar winzig.

Mit Oberflächenspannung gibt es auch Effekte; dann liegt aber gerade umgekehrt ein schwerer (dichterer) Körper auf einem leichteren Medium und wird durch nette Effekte an der Oberfläche gehalten. Ebene Schnipsel aus Aluminiumfolie könnte man geschickt auf eine Wasseroberfläche auflegen; drückt man sie unter die Oberfläche, dann sinken sie.

Die Münze würde hingegen auch dann wieder aus dem Fluid aufschwimmen, wenn sie tief unter die Oberfläche gedrückt würde.

Jeder Zustand in der Realität ist immer ein Zusammenwirken vieler physikalischer Effekte, von denen manche dominieren und andere in der aktuellen Konstellation vernachlässigbar sind. Bei unserem Thema kommen theoretisch folgende Annahmen und mögliche Effekte zusammen:

• Inkompressibles homogenes Medium
  • Ist bei Wasser gut erfüllt, aber wäre bei Hunderten von Metern Tiefenunterschied nicht gegeben.
  • Große Wassermengen in der realen Welt sind geschichtet in unterschiedliche Temperaturen, in unterschiedliche Salzgehalte, und deshalb unterschiedliche Dichten (die auch widersinnig geschichtet sein können; Blasen von leichterem Wasser können unter Schichten von schwererem Wasser liegen).
  • Inkompressibilität kommt ganz gut hin, aber über Kilometer Wassertiefe wird Wasser doch minimal weiter komprimiert.
• Statischer Zustand
  • In der realen Welt gibt es immer Störungen; etwas Wind, eine leichte Drift im Wasser, Schwingungsbewegungen in Luft und Wasser.
  • Der Körper kann stark gegen das Fluid bewegt sein; das bringt erhebliche Effekte bis hin zum Gleiten (dynamischer Auftrieb).
• Oberflächenspannung
  • Bei einem kleinen Körper an der Oberfläche beeinflussend.
• Adhäsion, Kohäsion, Reibung, dynamische Volumenverdrängung:
  • In entsprechenden Konstellationen relevant.

Ahoi --Schiefbauer (Diskussion) 10:29, 26. Mär. 2019 (CET)Beantworten

Auch wenn der statische Auftrieb alleine groß genug ist, trägt die Oberflächenspannung zum Schwimmen bei. Es scheint mir deshalb ungerechtfertigt zu sein, den Satz so zu formulieren, als würde der statische Auftrieb alleine das Schwimmen begründen. --BlackEyedLion (Diskussion) 11:09, 26. Mär. 2019 (CET)Beantworten

"Die Differenz der Dichten reicht aus, um einen Schwimmzustand zu erklären, die Oberflächenspannung ist in diesem Fall nicht relevant"

Ähm - sicher? Die Münze erfährt im Schwerefeld eine Gewichtskraft F_g. Dieser wirken entgegen:

1. F_a aus dem Archimedischen Auftrieb und
2. F_o aus der Oberflächenspannung.

Wie du selbst schreibst, kann ein Stück Alufolie mit Dichte ~ 2,7 g/cm³ auf Wasser mit Dichte 1 g/cm³ obenauf schwimmen. Die Kraftkomponente F_a übernimmt hier gerade mal ¹/₃ der Gewichtskraft! --> Offensichtlich ist F_o in manchen Fällen mitnichten vernachlässigbar.

Deshalb möchte ich das in diesem Fall nachgerechnet sehen. (Hätt' ich die Formeln, würd' ich 's ja selber machen.)

Außerdem: Gerade Quecksilber ist so ziemlich die Flüssigkeit mit der stärksten Oberflächenspannung, fast 8* so stark wie bei Wasser. Das lässt mich vermuten, dass hier F_o besonders relevant sein kann.

--arilou (Diskussion) 11:22, 26. Mär. 2019 (CET)Beantworten

(BK)Tut mir leid, aber hier kann der statische Auftrieb alleine das Schwimmen begründen. Denn vereinfacht gesagt, verhindert die Oberflächenspannung nur, dass ein Körper die Oberfläche nicht durchbrechen kann. Kann der Körper die Oberfläche nicht durchbrechen, dann kann er ein höheres spezifisches Gewicht haben als die Flüssigkeit, und schwimmt trotzdem oben auf. Und ob ein Körper die Oberfläche durchbrechen kann oder nicht, dafür ist vor allem die Form und als zweiter Faktor die Oberflächenspannung ausschlaggebend. Klar hat auch die Masse des Körpers einen Einfluss, nicht aber das spezifische Gewicht des Körpers. Auf der anderen Seite kann die Grösse der Mulde, oder die Verdrängung, relativ einfach berechnet werden. Denn sie entspricht dem Volumen des zu verdrängenden Quecksilber, und darauf hat die Masse der Münze einen Einfluss. Und hierbei gilt; Hat der Körper (hier Münze) ein kleiner spezifisches Gewicht als die Flüssigkeit (hier Quecksilber) schwimmt er immer, egal wie gross oder wie klein die Oberflächenspannung ist. --Bobo11 (Diskussion) 11:24, 26. Mär. 2019 (CET)Beantworten

Die Oberfläche kann undurchbrochen (besser: unbenetzt) bleiben, und der Körper geht trotzdem unter. Er muss nur schwer genug sein, um F_g > (F_a + F_o) zu bewirken. --arilou (Diskussion) 11:35, 26. Mär. 2019 (CET)Beantworten

Wie gesagt - ich würde das gerne mal gerechnet sehen. Schon aus bloßem Interesse - ist doch 'ne spannende Frage ;-)

--arilou (Diskussion) 11:37, 26. Mär. 2019 (CET)Beantworten

Ich relativiere mich mal ein wenig betreffend der Situation im Quecksilber:

• In der Münzen-Konstellation gäbe es einen messbaren Einfluss, er ist aber nicht erforderlich, um das Schwimmen der Münze zu erklären.

Unser Artikel soll einen Effekt verständlich erklären und beschreiben; das Münzen-Foto wäre insofern zur Illustration ungeeignet, wenn es die Sachverhalte verkompliziert und durch spürbare Zusatzeffekte für Verwirrung sorgt.

• Wenn man sich mit statischem Auftrieb beschäftigt, dann geht es um Schiffe, Boote, Flöße und dergleichen. Hier ist Oberflächenspannung definitiv vernachlässigbar und geht in keine Berechnung mit ein, weil der theoretische Effekt um Größenordnungen von den Messungenauigkeiten der klar dominanten Effekte erschlagen wird.
• Nur für so ein Mini-Gebilde wie eine Münze wird die Fragestellung überhaupt betrachtenswert.

Zur Kombination Münze-Quecksilber:

• Ein Blick auf das Foto zeigt, dass sich Quecksilber in dieser Kombination anscheinend stark „hydrophob“ verhält.
  • Die Fluidoberfläche ist deutlich nach unten eingedrückt.
  • Das sieht mir nach einem spürbaren Einfluss in absolut kleinen Systemen aus.
• Maßgeblich sind unsere folgenden Artikel:
  • Kontaktwinkel
  • Youngsche Gleichung
  • Oberflächenspannung
• Für die Münze im Quecksilber wüsste ich ungefähr, wie ich das rechnen müsste, aber mir fehlen konkrete Daten, und ich hatte sowas zuletzt vor rund vierzig Jahren mal ausgerechnet.
  • Überschlagsmäßig und mit Schätzungen über Winkel und gegoogleten geometrischen Daten einer Pfund-Münze (die aber keine Masse von 0,5 kg zu haben scheint, seltsam) komme ich maximal auf einen einstelligen Prozentbereich, der den Einfluss der Oberflächenspannung gegenüber dem Auftrieb ausmacht; vielleicht aber sogar unter 1 %.

Vielleicht mal in unserer Physik-Redaktion anfragen, ob da jemand Routine mit Oberflächenspannung hätte.

• Eine fertig durchgerechnete Muster-Rechnung für die Konstellation „fester kreisförmiger Körper auf Fluid-Oberfläche schwimmend“ müsste sich eigentlich in einer Aufgabensammlung Physik (oder Materialkunde) für Schlaumeier finden, und wenn man das gesichert irgendwo als Rechenbeispiel nachlesen kann, dann brauchen nur die Durchmesser und Winkel eingesetzt werden und es ergibt sich die Vertikalkraft (Schubspannung) für beliebige Fälle. Für Kapillaren gibt es das haufenweise.
• IngInnen bevorzugen es, sowas vorgekaut in Formelsammlungen nachzuschlagen und dann nur noch situationsgerecht anzuwenden.

Die Verformung der Fluid-Oberfläche gegenüber der Horizontalen gibt dem Schwimmkörper eine zusätzliche Vertikalkomponente der Grenzflächenkraft („Haftspannung“) mit, und diese beeinflusst die Resultierende aller äußeren Kräfte. Allerdings kann das positiv oder negativ ausfallen, und rein rechnerisch könnte das den Auftrieb sogar mindern. Weil ich aber mit Quecksilber keinerlei Erfahrung habe, sondern mich allenfalls mit Wasser auskenne, mag ich das jedoch heute nicht mehr vertiefen.

Maßgeblich für die Relevanz der Oberflächenspannung ist das Verhältnis von Wasserlinienlänge zu Volumen bzw. Masse.

• Bei einer auf zehnfache Abmessungen vergrößerten Münze geht die Relevanz der Oberflächenspannung auf ein Hundertstel gegenüber der alltagstauglichen Münze zurück.
• Nur bei absolut winzigen Gebilden, also sehr klein gegenüber einem Ruderboot oder Öltanker, ist das überhaupt diskutabel.
• Dann ist das spektakuläre Foto aber ggf. ungeeignet, um das umseitige Thema zu illustrieren.

Ahoi --Schiefbauer (Diskussion) 12:32, 26. Mär. 2019 (CET)Beantworten

Hi Schiefbauer, arilou, beinahe erwartrt waren diese Zweifel, aber so umfangreich hatte ich es nicht erwartet. Erstmalhabe ich es tatsächlich deswegen editiert, weil eben der Oberflächenspannungsbeitrag in diesem Lemma nicht relevant ist. Dass er dennoch maßgeblich den Schwimmzustand beeinflussen kann, schließe ich nicht aus. Daher ist das Bild etwas ungeeignet (nicht die Materialkombination). Ich hätte da ein Bild aus einem Quecksilberschalter machen können, wo ein Eisenteil (der Magnetanker) vertikal (durch die Glasröhre begrenzt) im Hg schwimmt. Auch da ist die Oberflächenspannung sehr zu sehen, leider sieht man ja nie den eintauchenden Teil des Schwimmkörpers (der ist erstaunlich gering, gäbe also eine gute Illiustration). Den Hg-Schalter habe ich leider wegen der Kinder entsorgt. Hier seht ihr mein Bild von vor der Zerlegung...--Ulf 17:33, 26. Mär. 2019 (CET)Beantworten

Es gibt in dem gezeigten System nicht nur einfach eine Oberflächenspannung, sondern drei verschiedene Grenzflächenenergien: jeweils eine an der Grenzfläche Münze-Quecksilber, Münze-Umgebungsatmosphäre sowie Quecksilber-Umgebungsatmosphäre. Der Auftrieb der Münze kommt alleine durch die Verdrängung des Wassers zustande. Es ist dabei egal, ob und wie weit die Münze eintaucht. Wenn es sich bei der Flüssigkeit nicht um Quecksilber, sondern um Wasser handeln würde, dann würde die Münze untertauchen. Auch dabei entstehen aber neue Grenzflächen: die Münze, die vor dem Eintauchen Grenzflächen mit der Atmosphäre hatte, hat diese beim Untertauchen durch Grenzflächen mit dem Wasser eingetauscht. Auch wenn die Grenzflächenenergien sich dadurch verändern: auf den Auftrieb, den die Münze erfährt, hat das keine Auswirkung. --Blutgretchen (Diskussion) 21:52, 26. Mär. 2019 (CET)Beantworten

Drei Grenzflächenenergien gibt es nur, wenn drei Fluide aneinanderstoßen; nehmen wir mal Wasser, Öltropfen und Luft.

• Dann gibt es auch drei Grenzflächenwinkel, die zusammen 360° ergeben und die ein Maß für die Spannung/Kraft sind.
• Hier ist ein Beteiligter ein starrer Körper; dann gibt es nur noch einen freien Winkel (weil die Münzkante 180° sind und bleiben, sich nicht verformt). Wenn nichts verformt dann auch keine Grenzflächenenergie.
• Wenn nur starre Körper aneinanderstoßen, dann ist null Grenzflächenenergie.

Es gibt eine durch Oberflächenspannung verursachte, der Gewichtskraft entgegenwirkende Komponente, die also ähnlich wie der Auftrieb wirkt. Zwei Gründe:

• Kreisförmiger ebener Aluminiumblechschnipsel auf Wasser.
  • Habe ich inzwischen mal spaßeshalber ausgestanzt, 1 cm Durchmesser, 0,3 mm Stärke, „schwimmt“, säuft auf einen Puster hin ab.
  • Gewicht minus Auftrieb lassen 1,7 g/cm³ übrig; diese Kraft muss von irgendwas aufgebracht werden, und das ist die Vertikalkomponente der Haftspannung.
  • Leider ist das so fummlig, dass sich der Winkel (der maßgeblich für die Grenzflächenkraft ist) nicht abschätzen ließ. Aber dafür gibt es ja Bücher.
• Kapillarwirkung
  • Die Wassersäule steht im Rohr über dem Umgebungsniveau.
  • Nach reiner Hydrostatik müsste der Wasserspiegel im Röhrchen genau die gleiche Höhe haben wie das umgebende Medium; was kommunistische Röhren so erwarten lassen.
  • Die Arbeit gegenüber dem Nullspiegel muss die Flüssigkeit im Röhrchen irgendwie aufbringen, und die Gewichtskraft der Wassersäule über Null muss irgendwer verantworten. Das ist eine Kraftkomponente, die wie der Auftrieb der Gewichtskraft entgegenwirkt.

Heißt: In die Kräftebilanz muss die Vertikalkomponente der Haftspannung einbezogen werden; genauso wie Auftrieb und Gewichtskraft. Bei leichten kleinen Körpern spielt sie ggf. die entscheidende Rolle. Sie ist aber auf wenige Moleküle in der Wirkung begrenzt, und nur linienförmig entlang der Wasserlinie. Damit ist die absolute Ausdehnung des Körpers maßgeblich. Bei einem kleinen leichten Starrkörper noch relevante Größenordnung, bei einem Öltanker auch noch vorhanden, aber angesichts dessen Dimensionen im Vergleich zu einigen Molekülen in der Wasserlinie und des Verhältnisses zwischen statischem Auftrieb und Oberflächenspannung weit im Jenseits.

Am Rande gefragt: Gibt es eigentlich Materialkombinationen, bei denen ich negative Kapillarwirkung bekäme? Also Röhrchen in Fluid gehalten, und der Spiegel im Röhrchen liegt unterhalb des Umgebungsniveaus, weil das irgendwie hydrophob wäre oder so?

Ahoi --Schiefbauer (Diskussion) 11:15, 31. Mär. 2019 (CEST)Beantworten

Nur zwei Zitate: Drei Grenzflächenenergien gibt es nur, wenn drei Fluide aneinanderstoßen; nehmen wir mal Wasser, Öltropfen und Luft. und Wenn nichts verformt dann auch keine Grenzflächenenergie. Mit Verlaub Schiefbauer, aber das ist völliger Unsinn. Natürlich gibt es zwischen Feststoffen und anderen Phasen (fluide ebenso wie feste) Grenzflächenenergien. Evtl. liegt darin das Missverständnis. Ich empfehle Dir als ersten Schritt mal unsere Artikel Grenzflächenenergie und Oberflächenenergie zu lesen. Und zu deiner Frage "am Rande": Natürlich gibt es auch Kapillarwirkung, bei der der Säulenstand in der Kapillare unter dem Spiegel einer Flüssigkeit liegt, in die ein Rohr eingetaucht wird: Das ist immer dann der Fall, wenn der Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit, dem Röhrenmaterial und der umgebenden Atmosphäre >90° beträgt (also z. B. wenn Du an der normalen Umgebungsluft ein Teflonröhrchen in Wasser eintauchst). Ach ja...über die kommunistischen Röhren musste ich sehr schmunzeln ;) Ahoi! --Blutgretchen (Diskussion) 23:01, 31. Mär. 2019 (CEST)Beantworten

Gedankenexperiment: Ein Becher Wasser, ein gläserner Hohlkörper und ein Eisenklotz, beide mit demselben Volumen. Der Eisenklotz wird im Wasser untergehen, der Hohlkörper schwimmt.

WP: Auf die Unterseite des Körpers wirkt ein höherer Druck als auf die Oberseite.

Auf beide Körper wirkt auf die Unterseite ein höherer Druck als auf die Oberseite und warum hat dann der Eisenklotz weniger Auftrieb? Und wenn der Eisenklotz eine senkrecht hängende Eisenplatte gleichen Volumens wäre, wäre der Höhenunterschied noch größer und trotzdem geht sie unter.

Der hydrostatische Druck ist definiert nach dem Pascal'schen Gesetz:

${\displaystyle p(h)=\rho gh+p_{0}}$

So entspricht beispielsweise der auf einen Taucher wirkende Wasserdruck in einem ruhenden Gewässer der Summe

aus dem Luftdruck, der auf die Gewässeroberfläche wirkt plus dem hydrostatischen Druck des Wassers selbst.

Der Eisenklotz übt auf das Wasser auch einen Gewichtsdruck aus,

${\displaystyle p(h)=\rho gh+p_{0}+p_{E}}$

Und der gläserne Körper ebenso:

${\displaystyle p(h)=\rho gh+p_{0}+p_{G}}$

Das verdrängte Wasser wird auf die Seite geschoben, hat dort keinen Platz, also wird es im Becher nach oben geschoben und der Wasserspiegel im Becher steigt (das hat auch Archimedes gewusst). Gemäß dem Pascal'schen Paradoxon hängt der hydrostatische Druck nicht vom Wasservolumen abhängt sondern nur von der gestiegenen Füllhöhe, also dem Gewichtsdruck des nach oben verdrängten Wassers.

${\displaystyle p(h)=\rho gh+p_{0}+p_{W}}$

Wir lassen den Wasserstand konstant:

Das ergibt für das verdrängte Wasser in der grafischen Statik einen Kraftpfeil nach oben und für jeden eingetauchten Körper einen Kraftpfeil nach unten. Der statische Auftrieb ist die dann resultierende Kraft.

Der statische Auftrieb (des Eisenkörpers oder des gläsernen Körpers entspricht der Gewichtskraft des Körpers abzüglich der Gewichtskraft des verdrängten Fluids.

»Die Ursache für die Auftriebskraft eines Körpers liegt in der Verringerung des hydrostatischen Drucks, den das verdrängte Wasser nun nicht mehr ausübt.«

Bei nicht konstantem Wasserstand erhöht sich der hydrostatische Druck, der auf die Unterseite des eingetauchten Gegenstands wirkt um den Gewichtsdruck der höheren Wassersäule, also des verdrängten Fluids.

Der hydrostatische Druck wirkt ja nach allen Seiten, sonst bräuchte ja ein U-Boot auf der Unterseite nicht wasserdicht sein oder deshalb wird der Luftkörper in einer Taucherglocke zusammengepresst...

Der statische Auftrieb (des Eisenkörpers oder des gläsernen Körpers entspricht der Gewichtskraft des Körpers abzüglich der Gewichtskraft des verdrängten Fluids.

Darum kann der ganze falsche Sermon im Artikel entfernt und ersetzt werden

Der Trugschluss resultiert daraus, dass

• Auftriebskraft
• mit dem Auftrieb gleichgesetzt / verwechselt wird.

Die Auftriebskraft ist der hydrostatische Druck an der Unterseite.

Der Auftrieb ist die Summe der Kräfte aus der hydrostatischen Druckdifferenz (= Differenz unten minus oben) plus Gewichtskraft des Gegenstandes minus Gewichtskraft des verdrängten Wasserkörpers.

Siehe auch (Douglas C. Giancoli: Physik. ISBN 3868940235 S. 460 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche)) wo in der Abbildung die Gewichtskraftpfeile des Gegenstandes und des verdrängten Wassers weggelassen wurden (weil es ja um die Auftriebskraft geht), die aber für den Auftrieb wesentlich sind, sonst wäre ja der Auftrieb unabhängig vom Gewicht…

…wenn es nicht Physikbücher gäbe (Hans Moor: Physikalische Grundlagen. ISBN 3519050501 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche), die in die Auftriebskraft Dichte und Gewicht einbeziehen würden…

… und solche, die die Auftriebskraft mit der Gewichtskraft des verdrängten Wasservolumens gleichsetzen. (Physik. S. 7 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche))

--Maschinist1968 (Diskussion) 09:15, 17. Feb. 2020 (CET)Beantworten

Ich stimme weder deiner Analyse zu noch möchte ich deinen Textvorschlag umgesetzt sehen. Also müsen wir diskutieren.
Ich folge deinem Gedankenexperiment. Du schreibst: „Auf beide Körper wirkt auf die Unterseite ein höherer Druck als auf die Oberseite und warum hat dann der Eisenklotz weniger Auftrieb? Und wenn der Eisenklotz eine senkrecht hängende Eisenplatte gleichen Volumens wäre, wäre der Höhenunterschied noch größer und trotzdem geht sie unter.“ - Und ich verstehe nur mit Mühe, was du vielleicht meinst. Ist für dich "Auftrieb" so etwas wie "relativer (sic!) Gewichtskraftverlust"? So wie ich Auftrieb verstehe und in Literatur finde (übrigens in allen drei von dir verlinkten Büchern) ist Auftrieb und Auftriebskraft in der Regel synonym, wenn man sich sprachlich etwas mehr Mühe gibt ist Auftrieb das Phänomen, dass (durch die Auftriebskraft) weniger Gewichtskraft vorhanden zu sein scheint. Also "Gewichtskraftverlust" - aber der Eisenklotz deines Beispiels hat mehr (!) Auftrieb als der Hohlkörper (da er ganz eintaucht), nicht weniger. Das er dennoch untertaucht liegt an der größeren Gewichtskraft als beim Hohlkörper.
Zu deinem zweiten Einwand: Bei einer senkrecht hängenden Eisenplatte wäre zwar der Höhenunterschied größer, es geht aber nicht nur um den Druck (mir scheint, du setzt Druck und Kraft gleich?) sondern es geht um die aufgrund des Drucks wirkende Kraft. Und da ergibt sich zwar eine größere Druckdifferenz aber gleichzeitig weniger Fläche (oben wie unten, bei der Platte verglichen mit dem Klotz), sodass die Kraft (vulgo: Auftrieb) beidesmal gleich ist.
Das Verständnis deines Beispiels sollten wir erst klären. Aber ich kann mir die Anmerkung nicht verkneifen, dass die von dir kritisierte "alte Version" (die natürlich besser formuliert werden kann) der Erklärung entspricht, die gemäß diverser Lehrplänen den Schülern vorgesetzt wird. Gruß Kein Einstein (Diskussion) 21:29, 17. Feb. 2020 (CET)Beantworten

Ich muss da Kein Einstein leider zustimmen. Du kannst Auftrieb nicht mit Beispielen betrachen, bei denen die Flüssigkeit "im Becher hochgedrückt wird". Du kannst die Auftriebskraft nur "statisch" bei gleicher Eintauchtriefe betrachten und sie mit der Gewichtskraft vergleichen. Beim Hohlkörper wird sich an einer Stelle ein Gleichgewicht mit dem Gewicht des Körpers einstellen, beim Eisenklotz nicht-deshalb geht er unter. Das Gewicht hat keinen Einfluss auf die statische Auftriebskraft, die auf den Körper wirkt. Das Gewicht spielt nur eine Rolle für die verbleibende Kraft, die man aufwenden muss um den Körper unterzutauchen bzw. am Sinken zu hindern. Diese Verbleibende Kraft wird gern je nach Richtung als Auftrieb oder Abtrieb bezeichnet, sie ist aber nicht identisch mit dem statischen Auftrieb durch das Wasser. Hadhuey (Diskussion) 22:11, 17. Feb. 2020 (CET)Beantworten

Vielleicht noch als Zusatz: Die Eingangsdefinition lautet: Der statische Auftrieb ist eine der Schwerkraft entgegengesetzte Kraft auf einen Körper in Flüssigkeiten oder Gasen. Dort ist die Gewichtskraft nicht einbezogen. Es ist nur die statische Auftriebskraft durch das Fluid gemeint. Vielleicht sollte man das stärker herausarbeiten, bevor mann zu Frage Schwimmen/Tauchen kommt. Hadhuey (Diskussion) 22:22, 17. Feb. 2020 (CET)Beantworten

Ja es ist die Unzulänglichkeit der Sprache Diese Verbleibende Kraft wird gern je nach Richtung als Auftrieb oder Abtrieb bezeichnet und "der Eisenklotz deines Beispiels hat mehr (!) Auftrieb als der Hohlkörper". Genau diese Diskrepanz sollte Wikipedia auseinanderdröseln.

Vielleicht kannst Du @Kein Einstein: damit leben:

Die Auftriebkraft  eines Körpers in einem Fluid entspricht der Gewichtskraft des verdrängten Fluids.[(ref)Jürgen Schatz, Robert Tammer: Erste Hilfe - Chemie und Physik für Mediziner. ISBN 3662583011 S. 95 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).(/ref)] Das Fluid kann eine Flüssigkeit wie Wasser oder auch ein Gas wie etwa Luft sein. Dieser Zusammenhang ist als archimedisches Prinzip bekannt. Die Gewichtskraft des verdrängten Fluids bewirkt einen hydrostatischen Druck, der als Auftrieb der Schwerkraft entgegenwirkt. Ist der hydrostatische Gegendruck geringer als der Gewichtsdruck des eingetauchten Körpers, so sinkt der Gegenstand ein, ist er höher, so schwimmt er im Fluid, ist er gleich, so ist der Gegenstand im Fluid in Schwebe. Ein voll beladenes Fährschiff, das tiefer in Wasser einsinkt als ein leeres Fährschiff gleicher Bauart hat wegen der größeren Einsinktiefe mehr Auftrieb, weil es mehr Wasser verdrängt.

@Hadhuey:"Die Gewichtskraft des verdrängten Fluids bewirkt einen hydrostatischen Druck, der als Auftrieb der Schwerkraft entgegenwirkt." ist ja gleichbedeutend mit "Die Ursache für die Auftriebskraft eines Körpers liegt im hydrostatischen Druck, den das verdrängte Fluid ausübt.", aber klarer erklärt. Oder wie oben: "Das verdrängte Wasser wird auf die Seite geschoben, hat dort keinen Platz, also wird es im Becher nach oben geschoben und der Wasserspiegel im Becher steigt (das hat auch Archimedes gewusst). Gemäß dem Pascal'schen Paradoxon hängt der hydrostatische Druck nicht vom Wasservolumen ab sondern nur von der gestiegenen Füllhöhe, also dem Gewichtsdruck des nach oben verdrängten Wassers."

Denn wie das Gewicht des verdrängten Wasservolumens Einfluß hätte, ist für Laien nicht plausibel, erst durch den um das verdrängte Volumen gestiegenen Wasserspiegel, der einen hydrostatischen Druck ausübt, wird das Ganze verständlicher.

Nimmt man einen wassergefüllten Becher und setzt ein Trinkglas hinein, so verdrängt das Trinkglas Wasservolumen, im gleichen Maße steigt der Wasserspiegel im Becher. Gemäß dem Pascal'schen Paradoxon hängt der hydrostatische Druck nicht vom Wasservolumen ab sondern nur vom Gewicht der darüberlagernden Wassersäule (plus Luftdruck). Steigt die Füllhöhe im Becher, steigt auch der hydrostatische Druck um den Betrag wie der Gewichtsdruck des nach oben verdrängten Wasservolumens.

--Maschinist1968 (Diskussion) 01:34, 18. Feb. 2020 (CET)Beantworten

@Maschinist1968: Nein, mit deinem Vorschlag kann ich nicht leben. Es ist der falsche Weg, wenn du mit einem neuen Textvorschlag kommst statt dich mit meinen Argumenten auseinanderzusetzen. Immerhin glaube ich, dir in zwei zentralen Punkten fachlich widersprochen zu haben.

Dein Vorschlag leidet auch daran, dass „die Gewichtskraft des verdrängten Fluids“ nichts bewirken kann, auch keinen „hydrostatischen Druck“. Das ist sprachlich murks und ein verdrängtes Fluid ist bisweilen einfach weg (dein Becher kann auch randvoll sein zu Beginn) und dennoch muss die Formulierung funktionieren...

Bevor wir nicht fachlich dein Problem geklärt haben, sind Formulierungsvorschläge zu früh. Kein Einstein (Diskussion) 13:04, 18. Feb. 2020 (CET)Beantworten

@Kein Einstein:

So, und ich soll jetzt meine Kristallkugel polieren und herausfinden, was du meinst, welche Argumente dir wichtig sind. Ich sehe, Du hast Null Interesse, den Artikel zu verbessern, und in dieser Diskussion geht's nur darum, wer recht hat / wer den Größeren hat. Mir ist meine Lebenszeit zu schade, mit unreif Pubertären in Kilo-Meta-Diskussionen deren BlaBla durchzukauen. Wenn es dir um die Sache und den Inhalt geht, dann schreibe Deine Version hier herein.

Derzeit muss ich davon ausgehen, dass dir die Version "Wenn kein Fluid an die Unterseite des Körpers gelangen kann, dann gilt das archimedische Prinzip nicht." besser passt. Das wird aber weiter oben diskutiert (Diskussion:Statischer Auftrieb#Unsinn "keine Auftriebskraft, wenn nicht Fluid an Unterseite". Oder "Die Ursache für die Auftriebskraft liegt darin, dass der hydrostatische Druck von der Höhe des betrachteten Orts abhängt." Das checkst nur du.

Sollen alle Häkler der Nation (häkeln ist österreichisch für verarschen (Duden)) ihre verqueren Ansichten in die Wikipedia schreiben. Ich kann ja in anderen Artikeln Wikipedia oder die Welt verbessern. --Maschinist1968 (Diskussion) 01:19, 19. Feb. 2020 (CET)Beantworten

Frage eines Laien:

• Wie berechnet sich die Auftriebskraft, wenn wie im Artikel erwähnt, die Unterseite eines Körpers, nicht vom Fluid erreicht werden kann, wo doch, bekanntermaßen? Druckkräfte immer? senkrecht, in dem Falle also seitlich oder nach unten, wirken? --Diwas (Diskussion) 04:42, 19. Feb. 2020 (CET)Beantworten

Anmerkung zum Textvorschlag:

• Ist der hydrostatische Gegendruck geringer als der Gewichtsdruck des eingetauchten Körpers, so sinkt der Gegenstand ein, ist er höher, so schwimmt er im Fluid. Wenn, dann muss in der Formulierung berücksichtigt werden, dass sich der Auftrieb mit der Eintauchtiefe ändert.
• Die Zweideitigkeit von Auftrieb ist ebenfalls zu berücksichtigen. Gewöhnlich ist damit wohl eher nur die Kraft gemeint, die das Fluid ausübt, nicht die Resultierende aus Gewichtskraft und Wirkung des Fluids. --Diwas (Diskussion) 04:42, 19. Feb. 2020 (CET)Beantworten

@Maschinist1968:

Also, ich bin Schiffbauingenieur, mache Hydrostatik seit Jahrzehnten, und mein Schutzpatron ist St. Archimedes.

An einer Allgemeinverständlichkeit des bisherigen Artikeltextes oder Details einer Formulierung mag poliert und geschärft werden, der Sachverhalt war und ist richtig.

Wir bilden das Druckintegral, das heißt für jedes Stückelchen Körperoberfläche des Körpers (hier mal vereinfacht als fest und starr angenommenen Körpers mit glatter geschlossener Oberfläche) fragen wir uns, welcher Druck mit welchem Betrag in welcher Richtung wirkt.

• Das wird um den gesamten Körper herum für jedes Fitzelchen gemacht.
• Bei gängigen Körpern wie etwa einem Schiff kann man sich den Bereich oberhalb der Wasseroberfläche sparen, weil sich der Luftdruck in der Höhe nicht so arg ändert und der Luftdruck auch auf die Wasseroberfläche wirkt und nur einen konstanten Summanden auf alles mitliefert.
• Außerdem heißt das statischer Auftrieb, wir nehmen also eine Situation ohne Bewegungen an; Schiff liegt ruhig, Wasseroberfläche ist spiegelglatt, keine Strömungen in Wasser oder Luft. Wenn sowas auftreten sollte, müsste das extra berechnet werden und ist nicht statisch.
• Dann nehmen wir außerdem noch an, dass Wasser inkompressibel ist, und damit folgt der Wasserdruck linear der Wassertiefe.
• Außerdem hätten Oberflächenspannungen keinen messbaren Einfluss und wir haben ein ideales Fluid (newtonsch).
• Und wenn man jetzt nach den Spielregeln der Mathematik die Druckverteilung integriert, dann hat das denselben Zahlenwert wie die Gewichtskraft des verdrängten Mediums.
• Alle horizontalen Komponenten heben sich gegenseitig auf; interessant sind nur noch die vertikalen Komponenten. Die können bei komplizierten Formen des Körpers durchaus lustig werden; es kommt aber trotzdem sauber heraus, weil bei einer Einbuchtung ein Teil vertikal nach oben Auftrieb liefert und darunter das Gegenstück wieder nach unten drückt.
• Das liefert sogar noch sauber die Spezialfälle; ein U-Boot oder Wrack liegt auf felsigem Untergrund auf, oder auf Kieselsteinen, oder in Schlamm oder Sand. Hier ist der Druck ggf. abschätzbar geringer oder Null.
• Grundsätzlich muss für saubere Rechnung das Gewässer so groß sein, dass die Höhe des Wasserspiegels nicht messbar durch den Eintauchvorgang beeinflusst wird. Bei einem Hühnerei im Zahnputzbecher stimmt das nicht mehr; dann muss man auch sauber mit den Koordinaten relativ zum jeweiligen Flüssigkeitsspiegel arbeiten, vorher und nachher. Auf den Effekt hat das keinerlei Einfluss; deshalb ist auch der letzte Textvorschlag schlicht falsch.

Den ganzen Vorgang für die typische Situation nennt man Auftrieb, genauer statischen Auftrieb; und die durch Verdrängung des umgebenden Mediums entstehende Kraftkomponente nennt man Auftriebskraft. Wer kurz angebunden ist, kann zur Auftriebskraft auch Auftrieb sagen, wie zwischen Gewicht und Gewichtskraft auch üblicherweise kein Unterschied bestünde. „Gewicht“ in haarspaltender Begrifflichkeit wäre eine Eigenschaft nichtrelativistisch massebehafteter Körper in einem Gravitationsfeld; geschenkt.

Der im Textvorschlag eingebrachte „Gewichtsdruck des eingetauchten Körpers“ ist barer Unsinn; sowas gibt es nicht und hat auch in unserem Artikel nix am Suchen.

Alle Betrachtungen ob Holz oder Eisen oder Glas und hochkant oder quer und tief oder flach sind völlig gegenstandslos.

Die Auftriebskraft hat den gleichen Wert wie die Gewichtskraft des verdrängten Mediums. Die Darstellung „Gewichtskraft des Körpers abzüglich der Gewichtskraft des verdrängten Fluids“ ist schlicht falsch.

Wenn die Auftriebskraft größer ist als die Gewichtskraft des Körpers, dann bestünde keine statische Situation, das heißt unser U-Boot schießt nach oben und durchbricht die Wasseroberfläche. Erst danach stellt sich wieder eine statische Lage ein.

• Das gibt es auch an Land, wenn Bauwerke in schlammigem Untergrund etwas Auftrieb erfahren und mit ihrer Fundamentwanne aufschwimmen (Bonner Schürmann-Bau war so ein Millionengrab).
• Bei einer Seemine (Ankertaumine) bindet man einen Schwimmkörper unterhalb der Wasseroberfläche an einen Grundanker. Das Dings würde gern zur Wasseroberfläche aufsteigen, weil die Auftriebskraft größer ist als die Gewichtskraft des Körpers, aber auf das Ankertau wird eine Zugkraft ausgeübt und mit dem Anker zusammen ergibt sich wieder ein statischer Zustand.
• Alle Betrachtungen gelten analog auch ganz sauber für einen Heißluftballon in kalter Umgebungsluft.

„also wird es im Becher nach oben geschoben“ – das ist Nonsens; dann muss auch sauber mit dem Wasserspiegel in der veränderten Konstellation gerechnet werden, und nicht eine völlig andere Situation.

Zusammengefasst: Unsere derzeitige Textfassung ist inhaltlich richtig und nicht der angeblich „ganze falsche Sermon“ – letztere Charakterisierung träfe allerdings auf die Vorschläge zu.

• Ursache ist eine Differenz statischer Druckkomponenten, die sauber zusammengezählt genau die Gewichtskraft des verdrängten Mediums ergeben. Nur und nur über diese Betrachtung lassen sich alle Sonderfälle korrekt erfassen. Damit funktioniert es sogar, wenn das umgebende Medium nicht inkompressibel wäre, und wenn es mit unterschiedlichen Dichten (Temperatur, Salzgehalt) keine lineare hydrostatische Druckverteilung gibt. Es funktioniert sogar noch, wenn Dynamik im Spiel wäre, heißt dann aber nicht mehr statischer Auftrieb.
• Hinterher, nachdem wir für jedes Fitzelchen die Druckwirkung des verdrängten Mediums aufsummiert hatten, bekommen wir eine einzige, integrale, Größe heraus, nämlich die Auftriebskraft. Mit dieser auf einen einzelnen Zahlenwert zusammengefassten Bilanzgröße lassen sich aber keinerlei Betrachtungen mehr für unterschiedliche Fälle anstellen; das geht nur, wenn man das Fitzelchen für Fitzelchen, somit differenziell, betrachtet.

Basierend darauf mag man umseitig einzelne Formulierungen klarer und präziser und unmissverständlicher herausarbeiten; aber der Effekt ist korrekt dargestellt, mitnichten ein „Trugschluss“, wohingegen die gegen die angeblich „falsche Herleitung“ vorgetragene Argumentation in sich völlig verwirrt ist.

@Diwas:

• Der Kniff liegt in „Druckintegral“, das heißt für jedes Stückelchen Körperoberfläche summieren wir auf, welcher Druck mit welchem Betrag in welcher Richtung wirkt.
  • Wenn Teile der Körperoberfläche auf dem Grund aufsitzen, dann fallen diese mit Null Druck oder mit einem abgeschätzt reduziertem Druck aus der Saldierung heraus.
  • Das passiert bei Wracks, oder auch bei U-Booten mit Grundberührung.
  • Es hängt von der Art des Meeresbodens ab: Modder, Sand, grobe Kiesel, große Felsbrocken.
  • Bei harten spitzen unterstützenden Elementen sind die paar Kontaktflächen zu vernachlässigen; Schlick und Sand absorbieren durch ihre Zähigkeit vielleicht die Hälfte, können aber auf kurze Distanzen noch den Wasserdruck durchreichen, jedoch nicht mehr auf mehrere Meter. Es gibt experimentell ermittelte Tabellen dafür, bei welchem Untergrund man welche Flächenbereiche prozentual abziehen muss. Maßgeblich ist die Fluid-Definition: kann in Ruhe keine Schubspannungen aufnehmen – Schmodder kann das jedoch und reicht den Wasserdruck der Umgebung dann nicht mehr durch.
  • Für U-Boote ist das im Allgemeinen das Aus: Wenn es auf Sandboden aufliegt, dann ist die erreichbare Auftriebsreserve dafür nicht ausgelegt und es kommt nie wieder hoch. Weiß man auch bei der Bergung von Wracks im Schlick – die kriegt man oft nicht mal dann mehr raus, wenn der ganze Rumpf durch Pumpen mit Luft gefüllt ist. Weil wenn Oberkante Wrack tiefer als zehn Meter dann dort 1 bar und maximaler Auftrieb eines luftgefüllten Wracks aber auch nur entsprechend 1 bar und für jeden Meter tiefer als etwa 8–9 Meter bräuchte es zusätzliche „Leichter“; also lange Kähne backbord und steuerbord vertäut, die zusätzlich heben müssen. Deshalb wird mit Wasserstrahlen der Schlick unter dem Wrack weggespült, damit der Wasserdruck wieder von unten wirken kann. Mit Gummistiefeln in Schlamm das gleiche: Der Stiefel bleibt stecken, du kannst auf Socken weiterlaufen.
• Zweideutigkeit von Auftrieb – ja, siehe oben, Gewicht meint sowohl als Kurzwort die Gewichtskraft wie auch den Gravitationseffekt. Auftrieb meint sowohl kurz die Auftriebskraft wie auch die Konstellation und die Effekte. Es sagt auch niemand statt „ich habe ein Gewicht von 70 Kilo“, er würde mit einer Gewichtskraft von 686,7 Newton vom Planeten angezogen, oder hätte eine Eigenmasse von 70 Kilogramm. Wenn doch, sollte eine andere Fakultät einbezogen werden.

Ahoi --Schiefbauer (Diskussion) 11:09, 19. Feb. 2020 (CET)Beantworten