Auftrieb und Wasserverdrängung

Wieso sinkt etwas auf den Grund des Wassers, während andere Dinge schwimmen können?

Manche Dinge können offensichtlich das Wasser verdrängen, andere nicht. Von dieser Seite lässt sich das Phänomen "Schwimmen & Sinken" doch auch einmal betrachten?!

Mit dem nachfolgenden Experiment für Kinder können Kinder deshalb erfahren, was Schwimmen und Wasserverdrängung miteinander zu tun haben. 

Ein eckiges, transparentes, möglichst großes Gefäß wird mit Wasser gefüllt. Das soll unser Ozean sein! Auf eine der äußeren Seiten wird ein Kreppband geklebt. Auf diesem wird mit einem Stift der Wasserstand markiert.

Wir haben daraufhin folgende Gegenstände ins Wasser "gelassen":

1. ungeöffnetes, volles Marmeladenglas
2. ein identisches, leeres Marmeladenglas mit Deckel
3. leere Plastikflasche mit Deckel

Die Kinder haben jeweils die Veränderung des Wasserstandes festgehalten. Im ersten Fall sinkt das Marmeladenglas und der Wasserstand steigt entsprechend. Im zweiten Fall sinkt das Marmeladenglas nur teilweise ins Wasser, vergleichbar mit einem Boot. Der Wasserstand steigt auch, aber nicht so hoch wie bei Nummer eins.

Die Plastikflasche sinkt dagegen gar nicht ins Wasser, der Wasserstand bleibt unverändert.

Zum Schluss drücken die Kinder die Plastikflasche unter Wasser und lassen sie dann los. Die Flasche schießt sofort wieder aus dem Wasser heraus. (Achtung! Wasser schwappt hier gerne über!) 

Je tiefer ein Gegenstand ins Wasser sinkt, desto größer ist also die verdrängte Menge Wasser. Der Gegenstand, der die Kraft hat, das Wasser unter ihm zu verdrängen, der sinkt und kann demnach nicht schwimmen.

Wann hat etwas genügend Kraft, das Wasser zu verdrängen?

Hier gibt es zwei Kräfte in unterschiedliche Richtungen: Der Auftrieb nach oben und die Erdanziehungskraft (Schwerkraft) nach unten.

Auftrieb entsteht, weil sich Wasser gegen die Verdrängung wehrt.  (Was genau Auftrieb ist, habe ich auch in dem Artikel "Was ist Auftrieb im Wasser?" kindgerecht zu erklären versucht.) Die Erdanziehungskraft ist immer da und je schwerer etwas ist, desto größer ist grundsätzlich auch die Schwerkraft.

Das volle und mithin schwerste Marmeladenglas bringt so viel Schwerkraft mit, dass es die Wasserteilchen unter sich verdrängen kann. Der Auftrieb ist zu schwach.

Bei der leichten Plastikflasche sieht das anders aus. Die Schwerkraft ist zu gering. Sie kann Wasser nur verdrängen, wenn wir ihr helfen.