Diskussion:Statischer Auftrieb

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Unsinn "keine Auftriebskraft, wenn nicht Fluid an Unterseite"

Laut Artikel:

Wenn kein Fluid an die Unterseite des Körpers gelangen kann, dann gilt das archimedische Prinzip nicht. In diesem Fall ergibt sich keine Auftriebskraft.

Andererseits entsteht nur dann eine Auftriebskraft, wenn sich unterhalb des Körpers Fluid befindet. (Dieses ist bspw. nicht der Fall bei einem senkrecht stehenden geraden Zylinder, der auf dem Grund steht.)

Das ist falsch.

Gegenbeispiel: Ich nehme ein langes Plastikrohr (viele Meter) und fülle es mit einem Styroporkern (damit der Wasserdruck es nicht zusammendrücken kann). Das "Vollrohr" verklebe ich am Boden eines sehr hohen Gefäßes, so dass garantiert kein Fluid (Wasser) daruntergelangen kann. Jetzt fülle ich das Gefäß langsam mit Wasser.

Ab einer bestimmten Füllhöhe reißt das Rohr sich entweder vom Boden ab, oder wird etwas weiter oben abgerissen und schnellt nach oben. Und da soll "keine Auftriebskraft" wirken? Was reißt dann das Rohr ab? Ein göttlicher Eingriff?!?

--arilou (Diskussion) 09:35, 23. Aug. 2018 (CEST)

Arilou hat recht:

Schon mal mit einer holländischen Tjalk bei ablaufendem Wasser ein paar Stunden im Watt festgesessen? Keine Handbreit Wasser unterm Plattboden. Als die Flut kam und bis zur Wasserlinie des Schiffs gestiegen war, schwammen wir dank Archi ganz sutje wieder auf. Herrliches Gefühl.

Gruß Anguilla sp. (Diskussion) 11:10, 17. Sept. 2018

Inzwischen heißt es:

„Wenn kein Fluid an die Unterseite des Körpers gelangen kann, dann gilt das archimedische Prinzip nicht. In diesem Fall kann sich dennoch eine Auftriebskraft ergeben“.

...was genauso merkwürdig ist. Um nicht zu sagen geheimnisvoll! Es scheint mir ohne entsprechende Versuche so zu sein: nicht die Anwesenheit des Fluides ist entscheidend sondern der Druck. Wie der übertragen wird, ist dahingestellt. Das mit dem Kahn im Wattenmeer ist natürlich kein treffendes Beispiel, denn der Schlamm hat sicher eine noch höhere Dichte als Wasser. Stellen wir uns Arilou sein Rohr durch den Boden des Gefäßes ragend vor, dann wirken wegen dessen zylindrischer Gestalt ausschließlich waagerechte Kräfte auf die Rohroberfläche im Wasser. Da hebt sich nix. Bei Gelegenheit macht das doch mal mit einem Strohhalm!--Ulf 14:57, 18. Mär. 2019 (CET)

Also, was da momentan im Artikel steht, ist sehr bedenklich bis schlicht falsch. Zumindest missverständlich ausgedrückt. Stand übers Jahrzehnt da auch schon mal besser.

• Die Tjalk ist ein schlechtes Beispiel, denn der Schlick ist auch ein Fluid, das in Sachen der Druckübertragung ähnlich auf die Unterseite wirkt wie der freie Atlantik.
• Das Gedankenexperiment mit dem (Kunststoff-)Rohr, das im Grund des Gewässers verankert wird, ist genau zielführend:
  • Wenn die untere Bodenfläche so mit dem Grund verschmolzen ist, etwa in Beton oder Stahl oder Granit, und das Wasser vom Gewässer nicht wie etwa beim Sand (Deichbau bedenken!) auf einem Umweg unterhalb der Bodenplatte drücken kann, dann hat dieses Gebilde definitiv keinen Auftrieb.
  • Wenn das Rohr auf Sand aufliegt, dann gibt es zwischen den Sandkörnern oder in Schluff und feinem Ton oder Lehm eine Druckübertragung. Würde das Zeugs an der Oberfläche liegen und man leitet mit Feuerwehr-Ausrüstung oder über eine kaputte Wasserleitung im Boden den gleichen Druck (oft entsprechend 80 oder 120 Meter Wassertiefe) unterhalb dieses Materials, dann drückt es das Zeug auch nach oben und es gibt eine Fontäne. Müsste schon eine kräftige Stahlbetonplatte sein, damit das nicht passiert.
  • Wenn der Abschnittseröffner sein Gedankenexperiment mal in der Realität ausführen würde, statt sich bloß vorzustellen, was seinem Gefühl nach passieren würde, dann würde er auch hier ein weiteres hydrostatisches Paradoxon feststellen: Sein Kunststoffrohr schwimmt, anders als er glaubt, tatsächlich nicht auf. Weil es keine Kraft gibt, die es losreißen würde, weil es auch nicht „schwimmt“, weil das Teil unter seinen Versuchsbedingungen auch keinen Auftrieb hätte. Das Rohr reißt nicht ab; da braucht es keine Götter zu.
• Der statische (übrigens auch dynamische) Auftrieb ist das Integral einer Spannungsverteilung.
  • Alle horizontal wirkenden kleinen Spannungspfeile, die vom Umgebungsdruck ausgeübt werden, heben sich gegenseitig auf.
  • Was übrig bleibt, ist der Druck auf die projizierte Fläche vertikal von oben, der sich aus Luftdruck und womöglich eingetauchter Wassertiefe errechnet, und der Druck auf die der Fluidwirkung (Wasser, Schlick, Sand) von unten vertikal ausgesetzten Fläche.
  • Nimmt man zur Vereinfachung erstmal einen prismatischen Körper mit vertikalen Wänden und horizontalen Deckflächen an, dann ist wegen des linear in die Tiefe zunehmenden Drucks eines inkompressiblen Mediums die Differenz zwischen der Druckkraft auf die untere der Fluidwirkung ausgesetzten Fläche und der Druckkraft auf die obere Fläche genau das Volumen des verdrängten Fluids, multipliziert mit seiner Wichte. Weil der hydrostatische Druck p = ρ·g·h ist und die Druckkraft F = p·A = ρ·g·h·A und das Volumen V = h·A und die Gewichtskraft G = m·g = ρ·V·g = ρ·h·A·g und damit Druckkraft gleich Gewichtskraft, nämlich F = ρ·g·h·A = G. Oder anders, die Differenz zwischen Druckkraft von unten minus Druckkraft von oben ist ρ·g·h_u·A − ρ·g·h_o·A = ρ·g·A·(h_u−h_o) = ρ·g·V und das ist das Gewicht des verdrängten Volumens eines frei schwimmenden Körpers.
  • Bei einem Körper mit nicht vertikalen Wänden ergibt sich das genauso, braucht man nur Analysis dazu, oder für den Schulkind-Gebrauch eine Zusammensetzung aus unterschiedlich hohen Zylindern ähnlich Orgelpfeifen.
  • Wenn die Druckwirkung von unten ganz oder teilweise wegen Verbindung mit einem starren Untergrund wegfällt, dann fällt auch der Auftrieb weg.
• U-Boot-Fahrer fürchten das Aufsetzen auf einen sandigen Meeresboden wie die Pest, und jeder Bergungskapitän weiß das auch: Wenn das U-Boot auf Felsengrund, also Geröll, lauter großen Steinen aufsitzt, dann wirkt das Fluid von unten auf das U-Boot und es ist nicht gefährdet. Sitzt er auf Sand, dann wirkt das Fluid nicht mehr voll von unten (ggf. noch reduziert), und dann reicht der erzeugbare Auftrieb nicht mehr, um sich loszureißen, und die Besatzung muss aussteigen und den Kahn untenlassen. Ein Wrack, das in Sand eingespült deutlich unter der Wasseroberfläche liegt, bringt niemand mehr hoch. Bei der Bergung wird mit Strahlrohren der Schmodder unter dem Wrack weggespült; erst wenn es weitestgehend freigespült wurde, wird es möglich, mit Schwimmkörpern oder Kränen den Rumpf anzuheben.
• Die Abschnittsüberschrift ist Quatsch; wenn kein Druck von unten auf den Körper ausgeübt wird, dann gibt es tatsächlich auch keinen Auftrieb. Wenn die Druckwirkung durch nahezu festes Material eingeschränkt wird, dann ist der Auftrieb entsprechend reduziert. Lediglich zähe Materialien wie Schlick oder Honig am Grund hingegen können den Druck fast genauso weitergeben wie Wasser.

Der Satz „Gewichtskraft der entsprechenden Verformung des Fluids“ ist Unsinn. Eine „Verformung“ ist eine geometrische Veränderung von einem Zustand zu einem anderen, die hier überhaupt nicht vorkommt; die bewährte handelsübliche Formulierung lautet: „Gewichtskraft des verdrängten Volumens, das vom Fluid eingenommen wäre, wenn der Körper nicht vorhanden wäre“.

Ahoi. --Schiefbauer (Diskussion) 12:36, 24. Mär. 2019 (CET)

Der Grund warum ein U-Boot im Sand hängenbleibt ist Adhäsion und nicht fehlender Auftrieb.--Maschinist1968 (Diskussion) 10:48, 17. Feb. 2020 (CET)

@Maschinist1968: Eines ist klar, wenn unter dem Boot kein Wasser ist, dann wirkt auch kein Auftrieb. Einfacheres Beispiel ist ein (dichter) offener in einem Stein einbetonierter Hohl-Stahlzylinder. Auf den Stein wirkt der Auftrieb, aber auf das Rohr nicht. Das Rohr wird nur durch Eigengewicht, und dem seitlichen Wasserdruck belastet (abseits vom Luftdruck).  — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 17:03, 26. Feb. 2020 (CET)

Aha. Und deshalb können Gebäude bei Hochwasser gar nicht aufschwimmen. Alles nur ein Fake. Ist die Bundesrepublik beim Schürmann-Bau über den Tisch gezogen worden. Musst du denen sagen, die holen glatt die 55 verlorenen Mille zurück! --Maschinist1968 (Diskussion) 17:26, 26. Feb. 2020 (CET)

Wenn unter dem Gebäude kein Wasser ist, kann dort auch kein Druck herrschen. Es gibt ja keine korreespondierende Wassersäule um den Druck aufzubauen. Wenn das Erdreich natürlich fluidartige Eigenschaften annimmt sieht das schon wieder anders aus. Bei dem erwähnten Bau war übrigens das Grundwasser schuld...da war also Wasser im Erdreich unter dem Gebäude. Hadhuey (Diskussion) 17:42, 26. Feb. 2020 (CET)

Und am Grund des Ozeans ist kein Wasser drunter? --Maschinist1968 (Diskussion) 20:13, 26. Feb. 2020 (CET)

Es steht ja oben schon gut beschrieben: Es kommt auf den Gegenstand und den Untergrund an. Wenn Wasser im Untergrund ist findet auch ein Drucktransfer statt. Wenn der Körper mit einer Dichtung auf einer Platte steht kommt kein Wasser drunter. Dann bleibt er wo er ist, selbst wenn er aus Polystyrol ist. Bei Schlamm hast du eine Mischform, die nicht trival mit einem Dreisatz zu beschreiben ist, weil Schlamm keine ideale Flüssigkeit ist, wie wir sie bei den theoretischen Betrachtungen zur Hydrostatik vorraussetzen. Hadhuey (Diskussion) 20:44, 26. Feb. 2020 (CET)

Was zweifelsfrei stimmt, ist, das der Auftrieb nur entsteht, wenn das Fluid auch an die Unterseite gelangen kann. Die Verhältnisse beim U-Boot auf Grund sind sicher vielschichtig mit vielen Effekten zu erklären. Wenn es sich schwungvoll in einen Boden aus Split und Ton einpresst, wird der Boden plastisch und elastisch verformt und das Wasser zu allen Seiten fortgepresst. Wenn der Grund nun keinerlei Fließfähigkeit, aber Wasserdichtigkeit aufweist, stellt sich infolge der dynamischen Vorgänge beim „Einschlag“ vermutlich ein deutlich geringerer Druck unter dem Boot ein als an der Oberseite des Bootes. Es wird ja gewöhnlich nicht die ganze Unterseite im Boden stecken, also wirkt ja noch eine Restauftriebskraft. Da fehlt dann aber nicht nur Auftrieb: Wenn der absolute Druck unter dem Boot 2 bar, über dem Boot (in 15 Metern Tiefe der Oberseite des Bootes) 2,5 Bar beträgt, lasten auch noch 5 Meter (nicht durch den Druck unter dem Boot ausgeglichene) Wassersäule auf dem Boot, also 5 Tonnen pro Quadratmeter. Versucht man das Boot durch äußere Kräfte zu heben, verringert man den Druck unter dem Boot zusätzlich, weil der innere Bereich unter dem Boot durch den ein wenig elastischen Meeresgrund rundum abgedichtet ist. Wenn man mit dem Stiefel im Schlick festsitzt, fehlt ja nicht nur der statische Auftrieb des Stiefels, es fehlt beim kräftigen Versuch den Stiefel anzuheben nahezu der gesamte Druck von unten, nicht nur Schlick und Wasser, vor allem rund 200 kg Luftsäule müssten angehoben werden. --Diwas (Diskussion) 23:21, 26. Feb. 2020 (CET)

Aber hallo, wenn du im Watt mit 10 cm Wasserstand oder am Trockenen gehst, musst du auch die 200 kg Luftsäule "heben", hattest du da jemals Probleme oder gar "Auftrieb"?!? Steckt der Stiefel im Schlick musst du ihn mit Anstrengung rausziehen, weil er quasi klebt. Wegen der Klebekraft = Adhäsion. --Maschinist1968 (Diskussion) 00:05, 27. Feb. 2020 (CET)

Ich sehe grundsätzlich Übereinstimmung mit Diwas. Das Stiefel-Schlickbeispiel funktioniert nicht mit dem archimedischen Prinzip, weil Schlick unter Druck seine Fließeigenschaften verändert und man einen dynamischen Prozess betrachtet, keine statischen mehr, wie wir es hier eigentlich tun wollen. Siehe (Nicht-)Newtonsches Fluid. Hadhuey (Diskussion) 00:22, 27. Feb. 2020 (CET)

Maschinist1968: auf dem Trockenen oder im Wasser muss ich die Luft nicht heben, weil entweder die Luft oder das Wasser unter den Stiefel fließen kann, dann hat der Stiefel sogar noch Auftrieb, besonders im Wasser. Vermutlich spielt im Schlick die Adhäsion eine Rolle, möglicherweise ist Adhäsion die oder eine Ursache für Viskositätsveränderungen des Schlicks. Das Problem macht sich aber dadurch bemerkbar, dass der Stiefelschaft rundum abgedichtet ist und daher unter den Stiefel kein Fluid fließt und sich daher der Druck unter dem Stiefel beim Anheben reduziert. Dass das Einsinken besser geht als das Anheben, hat sicher mit der sich verändernden Viskosität zu tun, siehe Hadhuey. Praktisch hat es natürlich auch damit zu tun, dass man das Körpergewicht abstützen muss und weniger Kraft zum Heben als zum Eintreten hat. Wie beim U-Boot auf dem Grund ist es also nicht so simpel zu erklären, was wie zusammenspielt. --Diwas (Diskussion) 03:16, 27. Feb. 2020 (CET)

Wenn du mit dem Finger auf Klebstoff kleben bleibst ist das fehlender Auftrieb?!? Und deine Schuhe haben beim Heben/Gehen auf dem Trockenen in Luft merkbaren Auftrieb, weil Luft drunter fließen kann?

Wenn du im Schlick stecken bleibst müsstest du bei fehlendem Auftrieb bloß das Gewicht deiner Stiefel heben (ich hebe/trage die in der Luft immer mit 2 Fingern). Die aufzubringende Hebekraft ist aber wesentlich höher. Wegen der Adhäsion/Klebekraft. --Maschinist1968 (Diskussion) 15:04, 2. Mär. 2020 (CET)

@Maschinist1968: Irrelevant, was jetzt der Grund bei einem Sand aufgelaufenen Boot ist, kann mMn das eine oder das andere sein, vl. auch beides. (Oder steht das irgendwo im Artikel?)

„Eines ist klar, wenn unter dem Boot kein Wasser ist, dann wirkt auch kein Auftrieb. Einfacheres Beispiel ist ein (dichter) offener in einem Stein einbetonierter Hohl-Stahlzylinder. Auf den Stein wirkt der Auftrieb, aber auf das Rohr nicht. Das Rohr wird nur durch Eigengewicht, und dem seitlichen Wasserdruck belastet (abseits vom Luftdruck).“

– Spezial:Diff/197198899

 — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 20:13, 2. Mär. 2020 (CET)

So wie ich den Artikel Methanhydrat (Dichte 0,9) verstehe, bleibt es deshalb am Meeresgrund, weil die Adhäsion des Sandes es beschwert, und nicht weil kein Wasser drunter wäre.

Nach deiner These würde im Meeresschlamm kein Druck wirken und ein darin Versunkener hätte plötzlich Normaldruck? Oder das Methanhydrat würde zerfallen Den Bären kannst du wem anderen aufbinden. --Maschinist1968 (Diskussion) 19:19, 3. Mär. 2020 (CET)

@Maschinist1968: Jetzt sei kein i-tüfelreiter, ich hab Wasser geschrieben, und dass kann man natürlich für jedes Fluid (z.B.Schlamm) anwenden, auserdem besteht Schlamm idR auch aus Wasser.

Wenn man Schlamm als Fluid interpetiert, dann gibt es ein Fluid darunter das einen Auftrieb macht. Wenn man Schlamm sich so verferstigt hat, dass es ein Festkörper ist, dann kann es nicht nur hydorstaische Kräfte sondern auch Schubkräfte (und theoretsich auch zugkräfte) ausüben, also da wirst du wohl eher höheren Mechanischen Spannungen augesetzt werden.

 — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 23:28, 3. Mär. 2020 (CET)

Da es nicht mehr im Artikel steht, müssen wir das hier tatsächlich nicht mehr klären, dennoch eine Erklärung: Es geht beim Stiefel im Schlick nicht um den Auftrieb. Ich kann nicht ausschließen, dass, durch welche Kräfte auch immer, die Viskosität des Schlicks so zunehmen kann, dass dies schon ausreicht, das Heben des Stiefels zu verhindern. Meine Erinnerungen aus Kindheitstagen sagen mir aber, dass ich den Stiefel heben konnte, sobald ein Furz verkündete, dass Luft unter den Stiefel dringt. Bitte nicht vergessen, auf einen Quadratdezimeter lasten etwa einhundert Kilogramm Luft, wenn beim Heben nichts unter die Schuhsohle strömen kann. Und ja stärker man hebt, desto stärker sinkt der Druck unter der Sohle, sofern man kein Loch in der Sohle hat. --Diwas (Diskussion) 04:26, 4. Mär. 2020 (CET)

@Diwas: Ich habe das gleiche Gefühl, aber sicher bin ich mir nicht. Ich weiß auch nicht genau was Adhäsion ist und der Arikel zeigt dass es mehrere Arten gibt. Ich glaube, dass man unter dem Stiefel einen Unterdruck erzeugt. Ich glaube auch wenn man den Stiefel langsam hebt, dass mann dann eine kleinere Kraft braucht. Was mit der Fähigkeit dass Luft unter den Stiefel kann zusammenhängen könnte.  — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 08:16, 4. Mär. 2020 (CET)

U-Boot das Wasser verlässt

@Kein Einstein: Was meinst du in Special:Diff/197241210 mit, dass ein U-Boot ein Wasser teilweise verlässt?

„Das Gleichgewicht kann sich bei einem auftauchenden U-Boot dadurch einstellen, dass es das Wasser teilweise verlässt und sich der Auftrieb dadurch reduziert.“

Meinst du damit, dass es eine Wasserschicht mit hoher Dichte verlässt und in Schichten (Wasser oder Luft) kommt mit geringerer Dichte kommt, oder meinst du dass das Schiff das Volumen verringert und dadurch weniger in dem Wasser ist?  — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 17:54, 28. Feb. 2020 (CET)

Das fällt mir schwer, anders zu erklären. Es geht um das Auftauchen des U-Boots. Also raus aus "überall Wasser", hoch zu "oben kein Wasser mehr". Kein Einstein (Diskussion) 22:05, 28. Feb. 2020 (CET)

@Kein Einstein: Mit auftauchen meinst du in höhere Wasserschichten oder schwimmend auf der Wasseroberfläche? (Zweiteres ist imho nur begrenzt Anwendungsgebiet eines U-Bootes)

 — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 22:50, 28. Feb. 2020 (CET)

Schwimmend. Das machen U-Boote öfter. Öfter zumindest als Schiffe zwischendurch abtauchen - weshalb letzteres als Beispiel noch blöder wäre. Im ernst. Spätestens am Hafen (und wenn die Batterien geladen werden müssen, Atom-U-Boote gibts ja nicht so viele) sind die Dinger oben. Kein Einstein (Diskussion) 23:19, 28. Feb. 2020 (CET)

Habe auf "an die Wasseroberfläche auftachenden" geschrieben, damit verstehe ich den Satz.  — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 08:08, 29. Feb. 2020 (CET)

Klarere Formulierung:

Das Gleichgewicht stellt sich bei einem an die Wasseroberfläche auftauchenden U-Boot dadurch ein, dass es sich so weit aus dem Wasser hebt, dass die aus der Wasserverdrängung resultierende Auftriebskraft gleich der Gewichtskraft ist. Das U-Boot schwimmt dann also an der Oberfläche.

Gruß. --Maschinist1968 (Diskussion) 03:07, 5. Mär. 2020 (CET)

Bild falsch?

Ich verstehe nicht was die Pfeile bedeuten sollen? (Resultierende oder Druckspannung) Beides ergibt für mich keinen Sinn.

 — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 18:11, 28. Feb. 2020 (CET)

Ich würde sagen die Pfeile symbolisieren die resultierende Kraft aus dem Wasserdruck. Das sieht doch schlüssig aus. Die Druckspannung an den Seiten ist bei dieser Anordnung nicht konstant. Naja, die Höhe der Kraftangriffspunkte der Seitenkräfte wären diskutierbar, aber es ist halt eine Abstraktion. Hadhuey (Diskussion) 19:14, 28. Feb. 2020 (CET)

@Hadhuey: Also File:Auftrieb_Archimedes_1_Resultant.svg wäre besser?  — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 20:02, 28. Feb. 2020 (CET)

@JoKalliauer: Ja-das zweite Bild ist ein klein wenig genauer. Hadhuey (Diskussion) 20:27, 28. Feb. 2020 (CET)

Das Bild sollte (seit 17. Feb.) bei Wikipedia:Grafikwerkstatt#Hydrostatischer Druck so geändert werden, dass die Druckpfeile außen auf den Körper angreifen, was für Laien plausibler wirkt (der hydrostatische Druck der auf einen Körper wirkt). Vielleicht gibt dort bald mehr Fürsprecher für die Änderung der Grafik? --Maschinist1968 (Diskussion) 15:16, 2. Mär. 2020 (CET)

? Es gibt keine Druckpfeile, Druck hat keine Richtung. Und die Kraftpfeile greifen in der Abbildung so an, wie man es in der Schule lernt - ich weiß, dass manche Ingenieurswissenschaften andere Gepflogenheiten haben. Kein Einstein (Diskussion) 16:25, 2. Mär. 2020 (CET)