Der Auftrieb

Manche Objekte, wie zum Beispiel Heliumballons, steigen scheinbar ohne einen Antrieb in die Luft. Hier finden wir heraus, wie sich dieses Phänomen erklären lässt.

Arbeitsmittel

Auftrieb und Schwerkraft

Damit ein Objekt in der umgebenden Luft aufsteigen kann, muss eine Auftriebskraft vorhanden sein. Zusätzlich muss diese auftreibende Kraft so groß sein, dass die Schwerkraft des Körpers überwunden werden kann. Wenn der Auftrieb gleich groß ist wie das Gewicht eines Flugobjektes, schwebt es in der Luft - es steigt weder auf noch ab. Ist der Auftrieb hingegen kleiner als die Schwerkraft, sinkt ein Gegenstand zu Boden. Je kleiner der Auftrieb im Vergleich zur Schwerkraft desto schneller sinkt bzw. fällt er.

Ein Heißluftballon steigt auf, wenn die Auftriebkraft größer als seine Schwerkraft ist. Er sinkt, wenn der Auftrieb kleiner ist, und schwebt, wenn der Auftrieb gleich der Schwerkraft ist.
Wie groß die Auftriebskraft ist, bestimmt, ob etwas fliegt.

Warum fliegen Zeppeline und Heißluftballons?

Das Flugvermögen von Zeppelinen und Heißluftballons kommt durch ihre Füllungen zustande. Zeppeline sind mit einem Gas (meistens Helium) gefüllt und Heißluftballons mit heißer Luft zwischen ca. 70 °C und 120 °C. Ihr Auftrieb in Luft kommt dadurch zustande, dass sie durch ihre leichten Gasfüllungen auch mit Passagieren insgesamt noch um einiges leichter sind als Luft.

Ein Zeppelin ist ein Luftschiff, dess Hülle mit einem leichten Gas gefüllt ist.
Die riesige Hülle des Zeppelins ist mit einem leichten Gas (meistens Helium) gefüllt.

Allgemein kann man sagen, dass es zu einer Auftriebskraft eines Objektes in Luft kommt, wenn die Füllung (z.B. durch den Heißluftballon mitsamt Korb) des verdrängten Luftvolumens insgesamt leichter ist, als wäre es mit Luft gefüllt. Das Flugobjekt kann aber natürlich nur aufsteigen, wenn die Auftriebskraft auch groß genug ist, um die Schwerkraft zu überwinden.

Benannt nach dem Entdecker dieses Prinzips, der Prinzip des Auftriebs zuerst in Wasser entdeckt hat, nennt man dieses Phänomen das Archimedische Prinzip. Kennst du die Legende vom König, der Archimedes beauftragt hat zu überprüfen, ob seine Krone aus echtem Gold ist?

Obwohl es sich um dasselbe Prinzip handelt, verhält sich der Auftrieb in Wasser und Luft doch sehr unterschiedlich. Der Grund dafür ist, dass Wasser eine fast tausend mal höhere Dichte als Luft hat. Wenn wir schwimmen, ist das Wasservolumen, das unser Körper verdrängt, etwas schwerer als wir selbst, weshalb wir einen Auftrieb spüren und uns durch Schwimmbewegungen an der Oberfläche halten können. In Luft hingegen spüren wir keinen merkbaren Auftrieb.

Der thermische Auftrieb

Heiße Luft steigt über einer Kerze auf.
Heiße Luft steigt auf.

Nach den vorherigen Überlegungen verstehen wir nun auch, warum warme Luft aufsteigt. Nachdem wärmere Luft zwar dasselbe Volumen einnehmen kann als kalte, aber eine geringere Dichte hat (und somit geringere Schwerkraft), führt das zu einer Auftriebskraft.

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