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3. Die Abhängigkeit der Druckkraft von der Wassertiefe

Für die Erklärung der durch das Eintauchen in das Wasser entstehenden nach oben gerichteten Auftriebskraft ist es wesentlich, dass der Druck im Wasser mit der Tiefe zunimmt. Dass dies tatsächlich der Fall ist, belegen die beiden folgenden Experimente.

Für Experiment 1 schneiden wir den Boden einer Plastikflasche ab und spannen darüber ein Stück Latex von einem Einmalhandschuh. Die Flasche wird mit der Latexmembran nach unten langsam in ein durchsichtiges Gefäß mit Wasser gedrückt und die Membran beobachtet. Der Verschluss der Flasche muss abgeschraubt sein, damit innen der Luftdruck gleich bleibt. Wie in Abb. 3 zu sehen, wölbt sich die Membran immer stärker, je tiefer sie sich unter Wasser befindet. Das bedeutet, dass das Wasser immer stärker gegen die Membran nach oben drückt, je tiefer sie sich unter Wasser befindet.

 


Abb. 3: Demonstration der Zunahme der Druckkraft, mit der das Wasser gegen die Latexmembran drückt

Schneidet man bei der Plastikflasche aus Experiment 1 auch den oberen Teil weg, so dass ein Ring entsteht und befestigt zusätzlich oben eine Latexmembran (s. Abb. 4), dann kann man das unterschiedlich starke Drücken von unten und oben im Vergleich sehen. Dazu muss aber ein Schlauch oder ein Trinkhalm an der Seite eingesteckt werden, dessen zweites Ende aus dem Wasser ragt. Dadurch bleibt der Luftdruck in dem Ring immer gleich dem Außenluftdruck.

 


Abb. 4: Druckdose mit zwei elastischen Membranen

Aufwendiger – aber noch beeindruckender – ist der gleichzeitige Vergleich der Druckkräfte von oben, unten und den Seiten in verschiedenen Wassertiefen (Abb. 6). In eine quaderförmige, durchsichtige Plastikschachtel mit Deckel schneidet man in die vier Seiten runde, gleichgroße Löcher und dichtet sie mit einer elastischen Folie ab. Wenn man sich eine solche Dose selber bauen will, empfiehlt es sich, innen hinter die Löcher Ringe zu kleben (z.B. von Tesafilmrollen). Über diese Ringe lassen sich die Folienstücke leicht spannen und mit Gummiringen abdichten. Ein eingeklebter Schlauch verbindet den Innenraum der Dose mit der Außenluft, so dass trotz der Verformung der Druck in der Dose gleich bleibt (Abb. 5).

 


Abb. 5: Selbstgebaute Druckdose, mit der der unterschiedliche Druck von vier Seiten gleichzeitig demonstriert werden kann.

Taucht man die Dose in das Wasser, dann sieht man, dass die Folie an der Unterseite (größere Tiefe) am stärksten nach innen gedrückt ist, an den Seitenflächen etwas geringer und auf der Oberseite am wenigsten.

 

Abb. 6 links: Verformungen durch unterschiedliche Druckkräfte; Abb. 6 rechts: Realexperiment

Dass die Druckkraft auf eine bestimmte Fläche von der Wassertiefe abhängt, wird als Vertiefung in Abschnitt 8 auch auf rechnerischem Weg bestätigt werden.

 

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