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Physik

Was ist das Prinzip von Archimedes? Experimente und Anwendungen

Was ist das Prinzip von Archimedes? Experimente und Anwendungen

Das archimedische Prinzip sagt uns, dass ein Körper, der in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, eine Auftriebskraft erfährt, die dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit entspricht. Diese Kraft entsteht durch den Druck, den die Flüssigkeit auf die Oberfläche des untergetauchten Objekts ausübt.

In diesem Artikel werden wir sehen, wie dieses Prinzip zum Experimentieren verwendet werden kann, und wir werden auch einige seiner praktischen Anwendungen finden.

Das archimedische Prinzip wurde von Archimedes von Syrakus entdeckt, einem griechischen Ingenieur und Mathematiker, der im 3. Jahrhundert v. Chr. lebte. C. Der Legende nach entdeckte er dieses Prinzip beim Baden.

Archimedes ist einer der bedeutendsten Wissenschaftler der Antike. Neben dem archimedischen Gesetz erfand er auch das Wasserrad und die mechanische Drehbank und leistete wichtige Beiträge zur Geometrie und Trigonometrie.

Was ist das Prinzip von Archimedes?

Das archimedische Prinzip ist ein physikalisches Gesetz, das das Verhalten von Körpern beschreibt, die in einer Flüssigkeit schwimmen und darin untergetaucht sind.

Nach dem Experiment von Archimedes ist das Volumen der verdrängten Flüssigkeit gleich dem Volumen des untergetauchten Objekts. Gleichzeitig erfährt nach diesem Prinzip der eingetauchte Körper einen Auftrieb, der dem Gewicht des verdrängten Flüssigkeitsvolumens entspricht.

Diese als "Schub" bekannte Kraft entsteht, wenn Flüssigkeiten mit festen Objekten interagieren. Das Fluid übt einen Druck auf jeden Teil der Objektoberfläche aus. Der Schub ist die Summe all dieser Drücke pro Flächeneinheit und wird im Schwerpunkt des untersuchten Objekts aufgebracht.

Das der verdrängten Flüssigkeit entsprechende Gewicht ist gleich dem Produkt aus der Erdbeschleunigung mal der Dichte der Flüssigkeit und dem Volumen des Teils.

Was ist eine Flüssigkeit?

Es ist ein Stoff, der kontinuierlich fließt, entweder in gasförmigem oder flüssigem Zustand. Fluide können übliche Flüssigkeiten (zB Wasser), Gase (zB Luft), spezielle Fluide (zB Schmieröle) sein.

Wie funktioniert das Prinzip von Archimedes?

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einem Schwimmbecken, das teilweise untergetaucht ist. Nach dem archimedischen Prinzip erfahren Sie eine Aufwärtskraft, die dem Gewicht des Wassers entspricht, das Sie verdrängt haben.

Mit anderen Worten, die Kraft, die die Schwerkraft auf Sie ausübt, ist gleich dem Gewicht des von Ihnen verdrängten Wassers.

Wie wird die Auftriebsdichte bestimmt?

Um zu wissen, ob ein Objekt schwimmt oder nicht, müssen Sie die Dichte des Objekts und die Dichte der Flüssigkeit, die es umgibt, kennen. Wenn das Objekt leichter als die Flüssigkeit ist (eine geringere Dichte hat), schwimmt es nach dem Archimedes-Prinzip darin; ist es schwerer (hat eine höhere Dichte), sinkt das Objekt, weil der Schub der Schwerkraft nicht entgegenwirken kann.

Experiment zum Archimedischen Prinzip

König Hieron II. von Syrakus bat den Goldschmied, eine goldene Krone anzufertigen, hatte aber den Verdacht, dass das Material im Inneren nicht wirklich Gold war. Um es zu untermauern. bat Archimedes, sich eine manuelle Methode auszudenken, um zu testen, ob es vollständig aus Gold bestand oder billigeres Material enthielt.

Archimedes versuchte, dieses Problem zu lösen, fand aber zunächst keinen Weg. Der Legende nach kam ihm die Lösung beim Baden. Als er in der Wanne saß, bemerkte er, dass der Wasserspiegel stieg und war plötzlich davon begeistert.

Dieses Experiment ermöglichte es ihm, das Volumen der Krone zu kennen, indem er das Volumen des verdrängten Wassers maß. Indem er das verdrängte Volumen durch das Gewicht der Krone dividierte, erhielt er die Dichte der Krone.

Als er bemerkte, dass die erhaltene Dichte nicht mit der Dichte von Gold übereinstimmte, bestätigte er, dass der Verdacht des Königs richtig war.

Anwendungen des archimedischen Prinzips

Das archimedische Prinzip kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden; unter ihnen heben wir die folgenden hervor:

  • Bestimmen Sie das Volumen von unregelmäßigen Objekten, wie sie in der Natur vorkommen. 

  • Calcular la densidad de los objetos.

  • Calcular las fuerzas necesarias para levantar objetos pesados, especialmente en los campos de la arquitectura y la ingeniería.

Ejemplos prácticos del principio de Arquímedes

La ley de Arquímedes es uno de los principios físicos más importantes y está presente en la vida diaria de muchas maneras. Aquí hay algunos ejemplos prácticos del principio de Arquímedes:

  • Al nadar, el cuerpo humano recibe un empuje hacia arriba igual al peso del agua que desplaza.

  • Un buque en el mar flota debido a que el volumen del agua que desplaza es igual al del buque. El peso del buque es contrarrestado por el empuje hacia arriba del agua.

  • Heißluftballons werden durch das archimedische Prinzip in der Luft gehalten. In diesem Fall ist das Fluid Luft. Der Ballon ist vollständig in Luft eingetaucht, deren Dichte größer ist als die von heißer Luft. Daher erfährt der Heißluftballon einen vertikalen Schub entsprechend dem Gewicht der verdrängten Luft, der größer ist als das Gewicht der Heißluft kombiniert mit dem Gewicht des gesamten Ballons.

  • Eisberge schwimmen, weil gefrorenes Wasser eine etwas geringere Dichte als flüssiges Wasser hat. Nach dem archimedischen Prinzip ist das Gesamtgewicht des Eisbergs gleich dem Gewicht des Wassers, das den untergetauchten Teil des Eisbergs einnehmen würde.

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Veröffentlichungsdatum: 9. November 2022
Letzte Überarbeitung: 9. November 2022