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5. Sinken – Schweben – Steigen – Schwimmen

Wenn nur die Auftriebskraft auf das U-Boot einwirken würde, dann würde das Boot stets immer weiter nach oben geschoben werden, bis es aufgetaucht ist und auf der Wasseroberfläche schwimmt. Es könnte nie auf den Grund absinken oder im Wasser schweben. Das Absinken ist nur möglich, wenn es noch eine weitere Kraft auf das Boot gibt, die es nach unten zieht. Die gibt es: nämlich die in Abschnitt 1 beschriebene Erdanziehungskraft FE, die die Erde auf das Boot ausübt und die das Boot nach unten zieht. Die Erdanziehungskraft auf das Boot wirkt immer und auch im Wasser unverändert stark (solange man das Gewicht des Bootes durch Zu- oder Entladen nicht verändert).

 


Abb. 8: Außer den Druckkräften durch das Wasser wirkt noch die Erdanziehungskraft FE auf das U-Boot

Damit das U-Boot unterhalb der Wasseroberfläche im Wasser schwebt, müssen die nach unten ziehende Erdanziehungskraft des Bootes und der Auftrieb (Auftrieb = Druckkraft von unten minus Druckkraft von oben) genau gleich groß sein:

Bedingung für Schweben im Wasser: FA = FE
Auftriebskraft genauso groß wie die Erdanziehungskraft auf den Körper

Ist der Auftrieb, also die nach oben schiebende Kraft, größer als die nach unten wirkende Erdanziehungskraft, steigt das Boot im Wasser so lange auf, bis es aus dem Wasser auftaucht: es schwimmt dann an der Wasseroberfläche. Es galt in diesem Fall unter Wasser FA = Fu - Fo > FE. Aber wenn das Boot aufgetaucht ist, wirkt die Druckkraft Fo des Wassers von oben nach unten nicht mehr (Fo = 0). Das Boot wird durch Fu soweit aus dem Wasser geschoben, bis die dadurch kleiner werdende Druckkraft Fu von unten genau so stark wie die Erdanziehungskraft geworden ist: FA = Fu = FE.

Als Bedingung für das Steigen eines zunächst unter Wasser befindlichen Gegenstandes gilt also:

Bedingung für Steigen: FA > FE

Auftriebskraft größer als die Erdanziehungskraft auf den Körper

Ist beim getauchten U-Boot der Auftrieb kleiner als die Erdanziehungskraft, dann sinkt das Boot. Es ist dann FA = Fu - Fo < FE.

Bedingung für Sinken: FA < FE

Auftriebskraft kleiner als die Erdanziehungskraft auf den Körper

 

Zusammengefasst gilt für ein getauchtes U-Boot bzw. einen unter der Wasseroberfläche befindlichen Gegenstand:

FA > FE → Steigen (bis zum Schwimmen)

FA,eingetaucht = FE → Schwimmen

FA = FE → Schweben

FA < FE → Sinken (bis zum Liegen am Boden)

 

Ein steigendes U-Boot wird schließlich an der Wasseroberfläche schwimmen, ein sinkendes U-Boot schließlich am Boden liegen bleiben.

Wenn ein untergetauchtes U-Boot auftauchen will, muss man dafür sorgen, dass die Gewichtskraft verringert wird. Denn an dem Auftrieb kann man nichts ändern, er ist durch die äußere Gestalt des U-Bootes gegeben und bestimmt durch die Differenz FA = Fu - Fo der oben und unten wirkenden Druckkräfte. Diese Differenz bleibt gleich, solange sich das U-Boot unter Wasser befindet, sie ist bestimmt durch die Höhe (und Breite) des U-Bootes. Die Verringerung der Erdanziehungskraft erreicht man dadurch, dass mithilfe von Druckluft Wasser aus den Belastungstanks nach außen gedrückt wird. Ist die Erdanziehungskraft FE kleiner geworden als die Auftriebskraft FA, dann steigt das U-Boot auf und ein Teil von ihm ragt anschließend aus dem Wasser (dann sind Auftriebskraft und Erdanziehungskraft gleich groß).

Ein großes Passagier- oder Frachtschiff schwimmt, weil die von unten nach oben wirkende Druckkraft Fu gerade so groß ist wie die Erdanziehungskraft auf das Schiff. Wird ein Frachtschiff beladen, wird es schwerer und es sinkt etwas tiefer ins Wasser. Dadurch steigt die Druckkraft Fu (diese nimmt ja mit der Wassertiefe zu), bis wieder ein Gleichgewicht Fu = FE erreicht ist.

 

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