Erklärung zum archimedische Prinzip
Sicherlich kennen Sie selbst einige Phänomene, die mit dem sogenannten "Auftrieb" zu tun haben. Im Schwimmbad können Sie sich leicht über Wasser halten. Ein Stein ist unter Wasser "leichter" als über Wasser, und ein Korken steigt unter Wasser eigentlich sofort zur Wasseroberfläche auf.
Das liegt daran, dass ein von Wasser umgebener Körper einen Auftrieb erfährt. Der griechische Naturforscher Archimedes (287-212 v. Chr.) entdeckte, dass ein in eine Flüssigkeit eintauchender Körper scheinbar soviel von seiner Gewichtskraft verliert, wie die von ihm verdrängte Flüssigkeitsmenge wiegt (Archimedisches Prinzip). Dieser scheinbare Gewichtsverlust wird als Auftrieb bezeichnet. Wenn Sie also versuchen, einen 4 kg schweren Stein, der ein Volumen von 2 Litern hat, unter Wasser aufzuheben, fällt Ihnen das genauso schwer, wie über Wasser einen Stein von 2 kg zu heben. Der Körper unter Wasser verdrängt ja genau 2 Liter Wasser, wodurch er einen Auftrieb erhält, der 2 Kilogramm entspricht. (1 Liter Wasser wiegt etwa ein Kilogramm).
Wie ist aber das Vorhandensein des Auftriebs zu erklären? In jeder Flüssigkeit herrscht ein hydrostatischer Druck, der mit der Höhe der stehenden Flüssigkeitssäule zunimmt; bei Wasser ist dies etwa 0,1 bar pro Meter. Für einen Korken (den wir uns mal schwebend im Aquarium vorstellen) bedeutet dies, dass sich der hydrostatische Druck, der von den Seiten wirkt, aufhebt. In der Abbildung ist das durch die jeweils gleich langen Pfeile rechts und links vom Korken symbolisiert.
Ober- und unterhalb des Korkens ist der Druck aber nicht gleich, da er ja mit der Tiefe zunimmt. Auf die untere Korkenfläche wirkt also ein größerer Druck als auf die obere. Insgesamt ergibt sich also eine nach oben gerichtete Kraft. Ist diese nun stärker als die Gewichtskraft des Körpers, steigt der Körper nach oben. Das setzt natürlich voraus, dass sowohl auf der Ober- wie auch auf der Unterseite der hydrostatische Druck wirken kann. Und genau das ist bei unserem Experiment nicht der Fall: Die extrem glatte Oberfläche des Korkens "verschließt" die Unterseite des Korkens: Kein Wasser kann dort hin, so dass auch kein hydrostatischer Druck nach oben wirken kann. Der Korken erfährt deshalb zunächst keinen Auftrieb. Durch Kapillarkräfte kann aber mit der Zeit Wasser in den Korken gelangen, so dass dieser dann aufsteigt.
