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Aufgabe

Schwebender Körper

Schwierigkeitsgrad: schwere Aufgabe

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Aufbau zum Versuch mit dem schwebenden Körper

In einem Becher befindet sich gut durchmischtes Wasser von \(6,0^\circ{\rm{C}}\). Ein Körper aus geeignetem Kunststoff schwebt in diesem Wasser.

Erläutere, was mit dem Körper passiert, wenn man das Wasser langsam abkühlt. Begründe deine Entscheidung sauber. Die Volumenänderung des Körpers bleibe unberücksichtigt.

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Abb. 2 Verhalten eines geeigneten Kunststoffkörpers in unterschiedlich warmem Wasser

Der Körper schwebt anfangs, da seine Gewichtskraft durch die Auftriebskraft kompensiert wird.

Beim Abkühlen von \(6^\circ {\rm{C}}\) auf \(4^\circ {\rm{C}}\) reduziert sich das Wasservolumen und seine Dichte steigt. Dadurch wird der Auftrieb für die Kugel größer. (Auftrieb ist gegengleich der Gewichtskraft des verdrängten Wassers!) Der Körper steigt.

Beim weiterem Abkühlen von \(4^\circ {\rm{C}}\) auf \(0^\circ {\rm{C}}\) sinkt die Dichte des Wassers und damit reduziert sich der Auftrieb wieder. Der Körper beginnt zu schweben und dann zu sinken.