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So entsteht Auftrieb

Wie Auftrieb wirkt, das kennt jedes Kind vom Schwimmunterricht und der anschließenden Seepferdchen-Prüfung. Die hat’s nämlich in sich: 25 Meter Schwimmen, ein Kopfsprung vom Beckenrand ins Wasser – und dann die Tauchprüfung. Einen Gegenstand tauchend vom Beckenboden heraufholen, unter den kritischen Blicken des Bademeisters.

Gar nicht so einfach, den spürbaren Auftrieb zu überwinden. Da müssen die kleinen Taucher schon mächtig mit Armen und Beinen gegen diese merkwürdige Kraft ankämpfen, die sie immer wieder an die Wasseroberfläche zieht.

Was ist genau der Auftrieb?

Der Auftrieb ist die Kraft, die der Schwerkraft entgegenwirkt. Neben der Fliehkraft gehört er zu den Kräften, die die ansonsten überall auf der Erde wirkende Gravitation kompensieren können. Zwei Arten von Auftrieb gibt es: den statischen und den dynamischen. Der statische Auftrieb entsteht durch die Verdrängung von Wasser durch einen Körper, das kann ein Taucher, aber auch ein Schiff sein. Der Auftrieb, also die Kraft, die einen Taucher noch oben zieht, entsteht durch Wasserverdrängung sowie Unterschiede in Druck und Dichte. Die Höhe des Drucks wird in Pascal (Pa) gemessen, benannt nach dem französischen Mathematiker, Physiker und Philosophen Blaise Pascal (*1623 – †1662).

Wie und wo entsteht er?

Ohne Auftrieb könnten Flugzeuge nicht fliegen

Ohne Auftrieb könnten Flugzeuge nicht fliegen

Der Grund für den Auftrieb im Wasser liegt in den Gesetzen der Hydrostatik. Dieser Teilbereich der Physik beschäftigt sich mit ruhenden und strömungsfreien Flüssigkeiten. Befindet sich ein Körper im Wasser, so ist der hydrostatische Druck an der Unterseite seines Körpers höher als an der Oberseite. Durch diesen Druckunterschied entsteht der Auftrieb. Die Auftriebskraft entspricht der Gewichtskraft des verdrängten Wassers. Taucher können durch eine Gewichtsweste (früher Bleigürtel) die Auftriebskraft aufheben, sodass sie unter Wasser praktisch „schweben“. Ein Grund, dass zur Astronautenausbildung auch ein spezielles Unterwassertraining gehört, um sich an die Schwerelosigkeit an Bord von Raumstationen zu gewöhnen.

Ob die Auftriebskraft ausreicht, den Körper an der Wasseroberfläche zu halten, hängt von dessen Dichte ab: Geringe Dichte bedeutet, der Körper schwimmt. Große Dichte, der Körper sinkt. Ein Mensch muss wegen seiner Dichte also schwimmen lernen, um nicht unterzugehen, eine Ausnahme bilden sehr salzhaltige Gewässer wie das Tote Meer. Dessen Dichte ist höher als die des menschlichen Körpers, deshalb kann man dort nicht untergehen und sogar im Wasser liegend die Zeitung lesen.

Bei Flugzeugen entsteht die Auftriebskraft etwas anders als im Wasser: Hier spielt nicht der statische, sondern der dynamische Aspekt die entscheidende Rolle. Die Luft umströmt dynamisch die Tragflächen, die dabei entstehenden Druckunterschiede zwischen Flügelober- und unterfläche halten den Flieger in der Luft.

Welche Rolle spielt der Auftrieb im Alltag?

Ohne ihn könnten Flugzeuge keine Sommerurlauber in den Süden fliegen, keine Heißluftballons würden an schönen Sommerabenden in den Himmel starten und die Passagiere von Kreuzfahrtschiffe müssten Ferien auf Balkonien machen.