Alle Flüssigkeiten sind Flüssigkeiten, aber interessanterweise sind nicht alle Flüssigkeiten Flüssigkeiten. Alles, was fließen kann – wie zum Beispiel ein Gas – ist eine Flüssigkeit und kann Auftrieb erzeugen. Auftrieb wird verursacht, wenn Bereiche mit höherem Druck unter einem Objekt eine Kraft nach oben auf Bereiche mit niedrigerem Druck ausüben. Die Auftriebskraft, die eine Flüssigkeit ausübt, wird jedoch durch das Volumen des Objekts und nach dem archimedischen Prinzip bestimmt.
Pascal und Druck
Bevor Sie verstehen, wie sich Druckunterschiede in Flüssigkeiten auf den Auftrieb auswirken können, müssen Sie zunächst verstehen, wie sich der Druck in Flüssigkeiten verhält. Das Pascal-Prinzip besagt, dass bei Druckänderungen an einer beliebigen Stelle innerhalb eines geschlossenen Systems diese Druckänderung an jedem Punkt innerhalb dieses Systems und in alle Richtungen gleichermaßen spürbar ist. Dieses Prinzip ermöglicht das Funktionieren von Hydrauliksystemen. Es schreibt auch vor, dass in einem Flüssigkeitskörper, in dem es keine zusätzlichen Faktoren gibt, die den Druck beeinflussen, der Druck konstant und gleichmäßig bleibt. Auf der Erde gibt es jedoch normalerweise mindestens eine andere Kraft, die eine Änderung des Drucks einer Flüssigkeit verursacht, und diese Kraft ist die Schwerkraft.
Tiefe und Unterschied
Die Schwerkraft zieht alles nach unten, was Masse hat. Wenn also die Schwerkraft auf einen Flüssigkeitskörper nach unten zieht, wird das Gewicht der Flüssigkeit in den oberen Teilen des Körpers häufen Sie die Flüssigkeit in den unteren Teilen an und erzeugen Sie einen zunehmenden Druck, wenn Sie sich darin nach unten bewegen Flüssigkeit. Wenn Sie beispielsweise tief in einen See tauchen, werden Sie einen zunehmenden Druck in Ihren Ohren – und vielleicht sogar gegen Ihren Körper – spüren, je tiefer Sie eintauchen. Wenn Sie aufhören, nach unten zu schwimmen, drückt Sie der höhere Druck unter Ihnen wieder nach oben in den Bereich mit niedrigerem Druck. Auf diese Weise hat die Schwerkraft eine Druckdynamik erzeugt, die vorschreibt, dass unter einem untergetauchten Objekt immer ein größerer Druck herrscht als darüber.
Archimedes und Menge
Der griechische Philosoph und Mathematiker Archimedes hat dieses Verständnis von Druck noch einen Schritt weitergeführt und Sinn gemacht warum eine Flüssigkeit eine gewisse Aufwärtskraft auf ein Objekt ausübt und es entweder zum Aufsteigen und Schweben bringt oder es zulässt sinken. Er stellte fest, dass die nach oben gerichtete Kraft gleich dem Gewicht des Wassers war, das vom eingetauchten Objekt verdrängt wurde. Wasser wiegt beispielsweise ein Gramm pro Kubikzentimeter. Taucht man eine Kugel mit einem Volumen von 25 Kubikzentimetern ein, hat man 25 Gramm Wasser verdrängt. Daher beträgt die resultierende Auftriebskraft auf diesen Ball 25 Newton (Newton sind Einheiten zur Messung der Kraft). Diese Auftriebskraft bezieht sich jedoch immer auf die Masse des verdrängten Wassers und nicht auf die Masse des Objekts.
Dichte als Entscheider
Die Dichte ist letztendlich der Faktor, der bestimmt, ob ein Objekt in einer Flüssigkeit schwimmt, sinkt oder neutral schwimmt. Wenn diese 25 Kubikzentimeter große Kugel beispielsweise hohl und mit Luft gefüllt ist, ist sie leichter als die 25 Gramm Wasser, die sie verdrängt hat, und schwimmt. Wenn der Ball aus einem dichteren Material wie Eisen besteht, kann er viel schwerer sein und schnell auf den Grund des Gewässers sinken. Taucht man jedoch einen exakt 25 Gramm schweren Ball ins Wasser, wird er durch die Auftriebskraft nicht an die Oberfläche getrieben, sondern nur am Untergang gehindert. Diese Kugel bleibt im Flüssigkeitskörper neutral schwimmfähig, bis eine äußere Kraft darauf einwirkt.