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Versuche

Balkenwaage und Auftriebskraft

Abb. 1 Erster Teilversuch zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Auftriebskraft und der Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit
Aufgabe

Erläutere, was im ersten Teilversuch (Abb. 1) gezeiht werden soll.

Erkläre, warum die Waage nach dem Überlaufen des Wassers im Gleichgewicht bleibt.

Lösung

Mit dem ersten Teilversuch soll gezeigt werden, dass der Betrag der Auftriebskraft gleich dem Betrag der Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit ist.

Mit zunehmender Eintauchtiefe steigt die Auftriebskraft, aber auch die Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit.

Daher wird die Waage nur durch den Überlaufprozess kurzfristig etwas aus dem Gleichgewicht gebracht.

Würde der Überlaufvorgang schneller gehen, bliebe die Waage die ganze Zeit im Gleichgewicht.

Abb. 2 Zweiter Teilversuch zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Auftriebskraft und der Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit
Aufgabe

Erläutere die Beobachtungen beim zweiten Teilversuch (Abb 2).

Erkläre, warum die Waage nach dem Überlaufen des Wassers im Gleichgewicht bleibt.

Lösung

Zunächst senkt sich die Waage, da die an der Flüssigkeit angreifende Reaktionskraft zusätzlich zur Gewichtskraft der Flüssigkeit wirkt.

Sobald die vom Körper verdrängte Flüssigkeit ausgelaufen ist, kommt die Waage wieder ins Gleichgewicht.

Damit ist der Betrag der Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit gleich dem Betrag der Reaktionskraft der Auftriebskraft.

Abb. 3 Dritter Teilversuch zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Auftriebskraft und der Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit
Aufgabe

Erläutere die Beobachtungen beim dritten Teilversuch (Abb 3).

Lösung

Zunächst senkt sich die Waage nach rechts, da die an der Flüssigkeit angreifende Reaktionskraft zusätzlich zur Gewichtskraft der Flüssigkeit wirkt.

Ferner wirkt auf den Körper und somit auf die linke Waagschale die Auftriebskraft nach oben.

Die Kräfte auf beiden Schalen unterscheiden sich also um zweimal die Auftriebskraft.

Nach dem Ausfließen des Wassers beträgt der Kraftunterschied noch einmal die Auftriebskraft.

Bringt man das ausgeflossene Wasser auf die linke Waagschale, so kommt die Waage wieder ins Gleichgewicht.

Abb. 4 Vierter Teilversuch zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Auftriebskraft und der Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit
Aufgabe

Erläutere die Beobachtungen beim vierten Teilversuch (Abb 4).

Erkläre, warum die Waage nach dem Überlaufen des Wassers im Gleichgewicht bleibt.

Lösung

Auf der linken Waagschale wirkt die Auftriebskraft auf den Stein nach oben und die zusätzliche Kraft des übergelaufenen Wassers nach unten. Beide Kräfte sind gegengleich (gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet).

Auf der rechten Waagschale wirkt die Reaktionskraft der Auftriebskraft nach unten und wird durch die fehlende Gewichtskraft des übergelaufenen Wassers ausgeglichen.