Physik Forum

[dorkai]

Hallo, ich hoffe mir kann jemand weiterhelfen...
Wir haben ein Versuch zum Thema Kräfte von Wasser - Auftrieb gemacht. Dazu wurde ein Auftriebskörper (Styropor) mit gegebenen Volumen und Dichte ( 845cm³, 17,5g/m³) mit einer Bodensäule aus Splitt (9x9x8,5cm, 1,007kg) überdeckt, welche in einem Versuchsbecken mit bisschen Wasser (ca. 8cm) gelegt werden. Das Versuchsbecken wird langsam mit Wasser gefüllt und es ist der Wasserstand festzuhalten, bei dem der Auftrieb des Auftriebskörpers und des Bodenkörpers zum Aufschwimmen führen.
Nun soll der Verlauf der Gewichstskraft, der Auftriebskraft und der hieraus resultierenden Kraft mit steigendem Wasserstand in 1 cm schritten ermittelt werden. Was ich einfach nicht verstehe wie ist der Zusammenhang zwischen Auftriebskraft und Wasserhöhe. Denn die Formel für Auftrieb oder Gewichtskraft ist doch üerhaupt nicht von der wasserhöhe abhängig, und wie hängt das alles mit dem Druck zusammen? Der Auftrieb ergibt sich ja aus der Änderung des Drucks auf seine Öberfläche und lautet p(h)= rhoWasser*g*h
Der Druck ist ausrechenbar aber wie verhält sich dieser zum Auftrieb...also wie kann ich auftriebskraft bzw. gewichtskraft mit steigender Wasserhöhe berechnen?

[isi1]

[dorkai]

hallo,
also ich erkläre kurz den versuchsaufbau und danach meine ideen
Versuchsaufbau:
In ein Versuchsbecken, deren maße unbekannt sind, wurde ein "Klotz" (quaderformig) gestellt. dieser besteht aus einem unteren Teil Styropor und einem oberen Teil, ein kleines viereckiges Kistchen gefüllt mit Splitt, welches mit Klebeband verklebt wurde, sodass das Splitt nicht rausfallen konnte. Alles in allem ergab sich ein Quaderformiger Klotz: der Auftriebskörper also das styropor war genauso groß wie unser quaderförmiger Bodenkörper aus Splitt. der Auftriebskörper war aber nicht mit dem Bodenkörper verbunden. Die Maße für beide Körper sind gegeben: Styropor mit gegebenen Volumen und Dichte ( 845cm³, 17,5g/m³) und Bodensäule mit den Maßen 9x9x8,5cm, 1,007kg.
In dem Becken befand sich bisschen Wasser; der Körper (Styropor und Bodenkörper) stand aber noch auf dem Boden des Beckens.Bei einem Wasserstand von 8 cm wurde begonnen, langsam Wasser nachgeschüttet und bei 12 cm kam es dann zum aufschwimmen des gesamten körpers.

Meine Lösung: Ich berechne den Druck bei 8 cm Wasserhöhe mit p(h)=rho_Wasser* g* h; also p(h)= 1000kg/m³*9,81m/s²*0,08m = 784,8 N/m².
Jetzt über Dreisatz diese Newton auf die m² Fläche des Körpers beziehen; also auf 9*9cm =81cm²=0,0081m² und ich erhalte 6,36 N;
indem ich die Höhe immer in 1cm Schritt ändere erhalte ich dann bei 12 cm eine Kraft von 9,51 N theoretisch;
was in etwa der Gewichtskraft: Fg= m * g ; m = m(Styropor) + m(Bodensäule) Fg = 10,034 Kg*m/s² = 10,034 N entspricht und damit stimmen könnte; oder, da ja ein Aufschwimmen erreicht wird wenn Gewichtskraft gleich der Auftiebskraft ist! Könnte dies so stimmen?

[isi1]

[Hausmann]

http://www.physikerboard.de/topic,18059,-auftrieb.html#111726

[isi1]

[dorkai]

Hallo isi1,
Ob labil oder stabil spielt glaub ich keine Rollen, da dies auch nicht gemessen wurde bzw. in Betracht gezogen wurde.
Ich habe bereits in einem anderem Forum einen neuen Lösungsansatz bekommen; siehe hierzu den Link:http://www.physikerboard.de/ptopic,111726.html#111726
Würdest du dem so auch übereinstimmen?
Das eintauchende Volumen ändert sich mit steigender Wasserhöhe und danach berechne ich einfach die Auftriebskraft mit der Formel FA=rho-Wasser*g*V (welches sich immer ändert)
Ich habe aber noch eine Frage und zwar wie ändert sich die gewichtskraft mit steigender wasserhöhe; bleibt diese nicht immer gleich?

[isi1]

Habe ich da irgendwas falsch verstanden, dorkai?
Wo ist der Unterschied in der Berechnung? Aufwendiger wird die Berechnung erst, wenn die Grundfläche des Splitbehälters nicht mit der Grundfläche des Styropors übereinstimmt oder wenn wasser zwischen den Split laufen kann.

Zur Gewichtskraft:

[dorkai]

Also das war so: der Splitt war in keinem geschlossenen Behälter sondern in so einer Art Körbchen. Demnach kann Wasser zwischen den Splitt laufen; die Grundflächen von Styropor und Bodensäule waren identisch. Beim Aufschwimmen kippte das ganze zu einer Seite weg!
Wenn ich die Auftriebskraft beim Ausgangspunkt von 8 cm Wasserhöhe berechne würde ich so vorgehen: nur das Styroporteil ist im Wasser also berechen ich FA= rho_Wasser*g*V(Styropor) also 1000kg/m³*9,81m/s²*0,000845m³ ergibt 8,29 N!
Jetzt wird der Wasserstand um ein cm erhöht, d.h. das Styropor und ein cm von der bodensäule ist von Wasser bedeckt; die Bodensäule hat eine grundfläche von 9x9cm. Diese mit einer Höhe von 1cm multipliziert ergibt ein Volumen von 0,000081m³. Nun mit dem Volumen vom Styropor addiert und wieder berechnet mit FA bekommt man eine Kraft von rund 9,1 N...
Aber wie berücksichtige ich dass das Wasser zwischen den Splitt laufen kann; demnach müsste sich die Auftriebskraft ja bisschen erhöhen! Ich versteh das nicht!

[Tio]

Hey Dorkai,

wir müssen wohl das selbe studieren . Bin auch gerade dabei die Aufgaben zu lösen....
Schon weitergekommen??

[isi1]

[Tio]

In der Aufgabe ist noch die Rede von einer missachteten Kraft? Woher diese stammt und welche Relevanz sie in der Umwelt hat!

Haben eine Gewichtskraft von 10,01 N und eine errechnete Auftriebskraft von 9,853 N beim Aufsteigen des "Gebildes". Da fehlen also rund 0,173 N!!!
Das wird wohl die missachtete Kraft sein. Was für eine Kraft soll das sein????
Mit den Poren hat das ja nichts zu tun,wie Isi schon sagte erniedrigt das die Auftriebskraft....

[Tio]

Uups, könnte es sein das sich Luftblasen in den Poren befinden könnten und die, die fehlende Kraft ausmachen??

[isi1]