Das Archimedische Prinzip Der griechische Naturwissentschaftler Archimedes (* ca. 285 v. Chr., + (erschlagen) 212 v. Chr.) aus Syrakus kam in seiner Badewanne sitzend auf die Idee, daß ein Körper in der Luft und im Wasser nicht dasselbe Gewicht hat. Ihr habt sicher schon selbst gemerkt, daß ein Gegenstand, den man in Wasser eintaucht, an Gewicht zu verlieren scheint. Das gilt zum Beispiel für die Druckluftflaschen mit komprimierter Luft: Im Wasser scheint die Druckluftflasche weniger zu wiegen als in der Luft. Der Unterschied ergibt sich durch das Archimedische Prinzip. Wir verdanken Archimedes auch zahlreiche Erfindungen, wie die nach ihm benannte Archimedische Schraube, den Flaschenzug und das Zahnrad. Was besagt das Prinzip des Archimedes ? Warum schwimmt ein Stück Holz, während ein Stein absinkt? Dies sind einfache Folgerungen aus dem Prinzip des Archimedes, das auch für den Taucher wichtig ist. Entscheidend dafür, ob ein Körper Auf- oder Abtrieb hat, ist, ob er schwerer oder leichter ist als das Wasser, das er verdrängt. Das Prinzip des Archimedes lautet: Das Prinzip des Archimedes: Ein Körper verliert beim Eintauchen in eine Flüssigkeit scheinbar soviel an Gewichtskraft, wie die von ihm verdrängte Flüssigkeitsmenge wiegt. Dies ergibt unter Wasser drei mögliche Zustände: Ist die Gleichgewichtskraft eines Tauchers kleiner, steigt der Taucher. Er hat Auftrieb... ...errechnet sich aus Volumen x Dichte von Wasser. Grundlage für die Berechnung des Auftriebs eines Körpers ist das Archimedische Gesetz, mit dessen Hilfe die Dichte aller Stoffe ermittelt werden kann. Ist das Gewicht eines Körpers größer als sein Auftrieb, sinkt der Körper (Abtrieb). Er steigt, wenn das Gewicht kleiner als der Auftrieb ist. Ist die Gleichgewichtskraft eines Tauchers gleich -als die Gewichtskraft des verdrängten Wassers- so schwebt der Taucher. Er ist im hydrostatischen Gleichgewicht... ...gewichtsloser Schwebezustand im Wasser. Liegt ein Körper gewichtsneutral im Wasser, hat er also weder Auftrieb noch Abtrieb, ist er austariert und befindet sich im hydrostatischen Zustand. Es handelt sich hierbei nur um einen Zustand der Gewichtslosigkeit und nicht der Schwerelosigkeit. Diese wird nur erreicht, wenn keine äußeren Kräfte auf ihn wirken, er sich also frei fallend bewegt. Bei der Gewichtslosigkeit wird das Gewicht eines Körpers durch die äußeren Kräfte des Auftriebs aufgehoben. Ist die Gleichgewichtskraft eines Tauchers größer , sinkt der Taucher. Er hat Abtrieb... ...negativer Auftrieb. Bezeichnungen für den hydrostatischen Zustand eines Körpers im Wasser. Sinkt ein Körper im Wasser, spricht man vom Abtrieb. Befindet sich ein Taucher im Schwebezustand, erhält er durch Entlüften der Tariereinheit Abtrieb und beginnt zu sinken. Durch belüften der Tariereinheit wird der Abtrieb verringert. In der Regel hat ein voll ausgerüsteter Taucher mit einem Neoprenanzug nicht genügend Abtrieb, um abtauchen zu können. Der Bleigurt mit den Bleigewichten sorgt in diesem Fall für den notwendigen Abtrieb. Physikalische Grundregel Ein in Wasser getauchter Körper verliert scheinbar soviel an Gewicht, wie die Menge Wasser wiegt, die er verdrängt. Kurzfassung des physikalischen Gesetzes, daß der Mathematiker Archimedes entdeckte und mit dem der hydrostatische Auftrieb eines Gegenstandes ermittelt werden kann. Ist das Gewicht eines Gegenstands größer als der Auftrieb, sinkt der Gegenstand; ist das Gewicht gleich dem Auftrieb, schwebt er; ist das Gewicht geringer als der Auftrieb, steigt der Gegenstand. Der Auftrieb wird dabei nach folgender Formel ermittelt: Auftrieb = Volumen x Dichte von Wasser (Dichte von Wasser = 1, Salzwasser = 1,02 bis 1,08). Beim Tauchen kommt dem Archimedischen Gesetz eine Bedeutung im Zusammenhang mit dem Tarieren zu. Ist ein Taucher im flachen Wasser mit seiner Ausrüstung austariert, so wird etwa der Neoprenanzug bei zunehmender Tiefe vom Umgebungsdruck zusammengepreßt. Sein Volumen nimmt also ab, wobei das Gewicht sich nicht verändert; der Auftrieb verringert sich somit mit zunehmender Tiefe und der Taucher beginnt mehr und mehr zu sinken. Mit der Tarierweste kann dem entgegengewirkt werden: Wird darin Luft eingelassen, erhöht der Taucher sein Volumen und der Auftrieb nimmt bei gleichem Gewicht wieder zu, er steigt. In der wichtigsten Gesetzmäßigkeit von Flüssigkeiten für den Taucher erklärt das Gesetz von Archimedes den Auftrieb, den ein Körper im Wasser erfährt: "Der Auftrieb eines Körpers ist gleich dem Gewicht der von ihm verdrängten Flüssigkeit." FA = p x V x g In dieser Formel bedeuten: g = Erdbeschleunigung 9,81 m/s2 p = Dichte der verdrängten Flüssigkeit V = Volumen der verdrängten Flüssigkeit (des Körpers) FA = Auftriebskraft in N [ 1N = (1kg x m) / s2] Das Gesetz von Archimedes kann man auch im Zusammenhang mit dem Boyle-Mariotteschen Gesetz verstehen. Man denke dabei an einen Behälter, beispielsweise an ein eimerähnliches Gefäß, das an der Wasseroberfläche umgestülpt und mittels Gewichten mit seiner Öffnung nach unten zum Grund gezogen wird. An der Wasseroberfläche beträgt der luftgefüllte Rauminhalt des Behälters 12l. Dieses Luftvolumen bewirkt einen Auftrieb des Behälters von 120N. In 10m Wassertiefe ist bis zur Hälfte Wasser in den Behälter eingedrungen. Er faßt jetzt also 6l Wasser und 6l Luft. Sein Auftrieb ist demnach ebenfalls auf die Hälfte gesunken und beträgt jetzt 60N. Durch diesen nachlassenden Auftrieb muß mit zunehmender Tiefe immer weniger Zugkraft auf den Behälter ausgeübt werden. So ist das eingeschlossene Luftvolumen in 30m Wassertiefe entsprechend dem vierfachen Umgebungsdruck auf ein Viertel oder - in Zahlen - auf 3l komprimiert und der Auftrieb ist ebenfalls auf ein Viertel oder 30N gesunken. Läßt man den Behälter wieder zur Wasseroberfläche aufsteigen, so stellen sich die Ausgangszustände wieder ein (12l eingeschlossenes Luftvolumen auf 120N Auftrieb).