Das Schiff schwimmt, weil es eine bauchige, voluminöse Form hat. Ein zusammengeknülltes Schiff würde sinken. Auch ein Schiff in flacher Brettform würde untergehen, wenn es nicht aus leichtem Material gebaut ist. Durch die voluminöse Form des Schiffes wird im Wasser ein Auftrieb erzeugt, der seinem Gewicht entgegenwirkt. Ist der Auftrieb größer als das Gewicht, schwimmt das Schiff oben an der Wasseroberfläche.
Genauer beschrieben wird das Phänomen durch das Archimedes’sche Gesetz: Der Auftrieb ist gleich dem Gewicht der verdrängten Wassermenge.
Wikipedia Stichworte: Schiff, Auftrieb, Gesetz von Archimedes, Metazentrum
Warum sinkt das Schiff nicht so tief ein, dass Wasser ins Schiff fließt?
Am einfachsten kann man das Schwimmen eines Schiffes anhand eines U-Bootes erklären. Das U-Boot kann nämlich beides: schwimmen und sinken – und ein U-Boot das schwimmt und kein Dach hat, ist ein Schiff.
Nehmen wir der Einfachheit halber an, das U-Boot sei eine Kiste.
Der Druck des Wassers nimmt mit zunehmender Wassertiefe zu. Die Druckkräfte links und rechts auf die Kiste sind durch dieselbe Wassertiefe gleich groß und gleichen sich aus, sie fallen also nicht weiter auf. Die Oberseite der Kiste aber erfährt einen geringeren Wasserdruck als die Unterseite der Kiste. Zusammengenommen ergibt sich ein Überschuss nach oben – der Auftrieb.
(1) Wasserdruck nimmt zu
(2) Wasserdruck von oben
(3) Wasserdruck von unten
(4) Wasserdruck von links und rechts
(5) Alle Druckkräfte zusammen ergeben einen Auftrieb
Der Auftrieb ist eine nach oben gerichtete Kraft, die nun in Konkurrenz zum Gewicht der Kiste steht.
(5) Auftrieb
(6) Gewicht
Ist das Gewicht der Kiste geringer als ihr Auftrieb, gewinnt der Auftrieb: die Kiste schwimmt hinauf zur Wasseroberfläche. Ist ihr Gewicht größer als der Auftrieb, sinkt sie zu Boden.
(5) Auftrieb (6) Gewicht
Ein U-Boot, dessen Auftrieb größer ist als sein Gewicht, treibt also zur Oberfläche. Dort braucht es kein Dach mehr, da ja kein Wasser mehr oben ist. Wir machen es zum Cabrio, schneiden das Dach weg – ein Schiff entsteht.
(5) Auftrieb (6) Gewicht
Archimedes fand heraus, dass der Auftrieb eines Körpers genauso groß ist, wie das Gewicht der verdrängten Wassermenge. Nehmen wir also das verdrängte Wasser und legen es auf eine Waage, zeigt sie an, um wie viel das Schiff leichter wird. Wenn dieses Wasser mehr wiegt, als das Schiff wiegt, schwimmt das Schiff.
(5) Auftrieb
Ein Detail noch zum U-Boot: Das Gewicht des U-Bootes kann durch das Einlassen von Wasser in Ballasttanks vergrößert werden. Ab einem bestimmten Zeitpunkt beginnt es zu sinken. In geringem Maße kann dieses Ballast-Wasser wieder durch Luft ersetzt werden. Dies funktioniert jedoch nur bis zu einer gewissen Tiefe. Normalerweise würde daher ein U-Boot am Grunde des Meeres liegen. Wie kann es wieder steigen? Durch Geschwindigkeit. Es beschleunigt und stellt seine Flossen so, dass es im Wasser nach oben „fährt“. „Dynamischer Auftrieb“ heißt das. Den dynamischen Auftrieb kennen wir auch von Flugzeugen, die am Grunde des Luftmeeres stehen. Sie beschleunigen und fliegen dann durch das Anstellen der Tragflächen nach oben.
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