Warum schwimmt ein Schiff?

Körper, die leichter sind als Wasser, schwimmen sowieso, egal, wie groß sie sind: ein Ball zum Beispiel oder ein Stück Holz. Um zu ergründen, warum und wann auch Körper schwimmen können, die viel schwerer sind als Wasser, wollen wir mit einem Experiment beginnen.

Du brauchst:

• eine Euro-Münze
• ein Stückchen Alufolie
• ein durchsichtiges Gefäß (zum Beispiel ein Messbecher)

Du füllst das Gefäß mit Wasser – bei einem Messbecher am besten bis zur 1-Liter-Marke. Lege die Münze vorsichtig auf die Wasseroberfläche und lasse sie los. Du ahnst schon, was passieren wird? Die Münze sinkt zu Boden. Logo, denn Metall ist schwerer als Wasser. Stell Dir vor, Du könntest aus dem Wasser ein Stück herausschneiden, das genau so groß wäre wie die Münze: Diese "Wassermünze" wäre viel leichter als die Münze aus Metall. Nun forme aus der Alufolie eine flache Schale, am besten ungefähr dreimal so groß wie die Münze und mit einem Rand, der ungefähr einen Daumen breit hoch steht, und lege die Münze hinein. Jetzt schwimmt beides auf dem Wasser. Eine geheimnisvolle Kraft scheint das Münz-Boot am Sinken zu hindern.

Der AuftriebDiese Kraft gibt es tatsächlich, aber sie ist längst kein Geheimnis mehr: Ihr Name lautet Auftrieb. Wie so vieles wurde auch sie schon vor über 2000 Jahren von dem Griechischen Naturforscher Archimedes entdeckt und beschrieben. Der Auftrieb macht alle Körper, die in Wasser eintauchen, scheinbar leichter. Das hast Du selber bestimmt auch schon erfahren: Beim Baden im Meer oder in der Badewanne kommt man sich manchmal fast schwerelos vor.

Wie der Auftrieb wirkt, kannst Du auch schnell noch mal ausprobieren: Nimm die Alufolien-Schale und drücke sie mit Deinem Zeigefinger tiefer in das Wasser. Du musst ganz schön viel Kraft aufwenden, damit das klappt. Wenn Du dagegen Deinen Zeigefinger direkt ins Wasser eintauchst, wirst Du kaum einen Widerstand spüren. Der Auftrieb, der sich von unten dagegen stellt, ist bei der Alu-Schale viel größer. Das liegt daran, dass Dein Finger mit der Alu-Schale eine viel größere Menge Wasser verdrängen muss, als er es alleine tut, um tiefer einzutauchen.

Das Archimedische Prinzip

Archimedes hat sogar herausgefunden, wie groß die Auftriebskraft ist, die der Schwerkraft eines Körpers in einer Flüssigkeit entgegen wirkt: Sie ist genau so groß, wie das Gewicht der Flüssigkeit, die vom eingetauchten Körper verdrängt wird.

Ob ein Körper schwimmt oder sinkt, hängt also nicht nur davon ab, ob er leichter oder schwerer ist als ein gleich großer Körper aus Wasser. Wichtig ist auch seine äußere Form. Wenn ein Körper so geformt ist, dass er mehr Flüssigkeit verdrängt, als er selber wiegt, dann kann er schwimmen.

Die Münze alleine verdrängt nur so viel Wasser, wie sie selber an Raum einnimmt. Und da sie schwerer als Wasser ist, wird sie untergehen. In Deinem Alu-Boot verdrängt sie mehr Wasser. Das kannst Du am etwas höheren Wasserstand im Glasgefäß erkennen. Markiere den Wasserstand mit einem Filzstiftstrich außen am Messbecher und vergleiche – ohne Münze, mit versunkener Münze und mit im Alu-Boot schwimmender Münze. Der Effekt ist nicht sehr groß, aber Du kannst den Unterschied erkennen.

Nicht in jedem Wasser schwimmt man gleichGenau so funktioniert das auch bei Schiffen. Ein Schiff taucht übrigens jeweils so tief in das Wasser ein, bis es so viel Wasser verdrängt, dass der Auftrieb zum Schwimmen ausreicht. Wenn das Schiff allerdings überladen wird, dann kann es auch sinken. Beim Beladen der Schiffe muss auch noch etwas anderes berücksichtigt werden: Es gibt nämlich unterschiedliche Arten von Wasser. Das salzige Meerwasser ist schwerer als das Süßwasser der Flüsse. Deshalb taucht dasselbe Schiff in beiden Gewässern unterschiedlich tief ein. Kannst Du sagen, wo es tiefer eintaucht? Natürlich im leichteren Süßwasser. Denn nach dem Archimedischen Prinzip ist der Auftrieb so groß wie das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit. Für den gleich großen Auftrieb muss ein Schiff im leichteren Wasser also mehr Flüssigkeit verdrängen als im schwereren Salzwasser und deshalb tiefer eintauchen.

Schiff richtig beladen

Wenn also ein Schiff zum Beispiel aus der Nordsee zum Hamburger Hafen in die Elbe fährt, ist es plötzlich tiefer gelegt. Beim Beladen muss deshalb darauf geachtet werden, dass das Schiff nicht schon im Salzwasser bis zur Reling im Wasser liegt. Sonst wird es in der Elbe überflutet und geht womöglich unter.

Dass Körper in Salzwasser besser schwimmen, das hast Du ja vielleicht schon selber festgestellt. Wenn Du mal im Meer baden warst, hast Du sicher gemerkt, dass Du Dich bei ruhiger See dort beinahe reglos aufs Wasser legen kannst, ohne unterzugehen. Im Toten Meer in Israel, dem salzigsten Meer der Erde, kann man sogar wie auf einer Liege liegen und Zeitung lesen.

Text: Uta Deffke