【Brainstorming】Steigt die Wasseroberfläche oder sinkt sie, hey?
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In einem großen Holzeimer befindet sich viel Wasser. Auf der Oberfläche des Wassers schwimmt ein kleinerer Holzeimer – in diesem kleinen Eimer befindet sich wiederum ein Eisenelement. Nun nehmen Sie diesen Eisensklumpen und legen ihn direkt ins Wasser in der großen Holzschüssel. Ist die Wasseroberfläche in der großen Holzschüssel jetzt höher oder niedriger als zuvor?
Die Dichte von Eisen ist größer als die Dichte von Wasser. Wenn ein Eisenträger ins Wasser gelegt wird, verringert sich das Volumen des Wassers, das verdrängt wird. Deshalb sinkt der Eisenträger nach unten
Der verdrängte Wasservolumen des Eisens ist sicherlich kleiner als das Volumen, das der kleine Behälter verdrängt.
Kann man es unverändert lassen? Immerhin ist der Inhalt des großen Behälters sowieso schon so schwer
Der Wasserverbrauch, der benötigt wird, um den Eisenträger an die Oberfläche zu bringen, ist weitaus größer als das Volumen des Eisenträgers – dadurch sinkt die Wasseroberfläche.
Wenn der Eisenträger in eine Holzschüssel mit Wasser gelegt wird, entspricht die Auftriebskraft des Wassers der Summe aus dem Gewicht der kleinen Holzschüssel und dem Gewicht des Eisenträgers. Wenn der Eisenträger direkt in die große Holzschüssel gelegt wird, sinkt der feste Eisenträger auf den Boden. Dabei übt die Unterseite der Holzschüssel eine Auftriebskraft auf den Eisenträger aus. Aus dem Gleichgewicht der Kräfte folgt, dass die Auftriebskraft des Wassers kleiner ist als das Gewicht des Eisenträgers. Somit ist auch die Gesamtauftriebskraft des Wassers auf die Holzschüssel und den Eisenträger geringer. Nach der Formel F=ρgv wird F kleiner, wenn V kleiner wird. Dadurch sinkt der Wasserspiegel. Wenn der Eisenträger nicht fest ist, kann er in der großen Holzschüssel schweben oder treiben. In diesem Fall bleibt die Auftriebskraft des Wassers unverändert