Einstieg
Stahl geht unter. Warum schwimmt dann dieses Schiff?
Containerschiff wird beladen
0
Container an Bord
Tiefgang
3,00 m
Der Stahlwürfel geht unter. Das Schiff ist auch aus Stahl, viel schwerer und voller Container. Warum schwimmt es?
Das Schiff ist innen hohl. Es drückt so viel Wasser zur Seite, dass dieses Wasser so schwer ist wie das ganze Schiff. Dann trägt das Wasser das Schiff.
Welche Dinge schwimmen, welche gehen unter?
Station 1 · Dichte
Schwimmt oder sinkt?
Auftrag: Stimmt erst ab: schwimmt es oder sinkt es? Dann antippen. Danach dasselbe im Salzwasser.
Dichte: So viel Gramm wiegt 1 cm³ eines Stoffes (Wasser: 1 g). Weniger dicht als Wasser: Ein Klotz daraus schwimmt ↑. Dichter: Er sinkt ↓.
Stahl hat 7,85. Wie schwimmt dann ein Schiff aus Stahl?
Station 2 · Verdrängung
27 g Aluminium: Kugel oder Boot?
Auftrag: Vermutet zuerst, wie viel Wasser überläuft. Dann prüft. Sucht das kleinste Boot, das noch schwimmt.
27 g Aluminium (10 cm³): als Kugel oder als Boot mit 2 cm hoher Wand.
Boden des Boots: 6,0 cm × 6,0 cm
Vermutet: Wie viel Gramm Wasser laufen in den Becher?
Gesetz des Archimedes: Das Wasser trägt so viel, wie das verdrängte Wasser wiegt. Darum verdrängt alles, was schwimmt, genau so viel Wasser, wie es selbst wiegt. Was untergeht, schafft das nicht.
Station 3 · Ladelinie
Wie viele Container passen noch drauf?
Auftrag: Schätzt zuerst, wie viele Container das Schiff laden darf, bis die Ladelinie das Wasser berührt. Dann beladet es.
Modell in Kastenform: 200 m lang, 30 m breit, 18 m hoch. 1 Block = 100 Container.
4 100 Container. 1 m Tiefgang verdrängt 200 m × 30 m × 1 m = 6 000 m³ Meerwasser = 6 150 t.
11 m: 67 650 t, minus 18 450 t Schiff = 49 200 t, geteilt durch 12 t = 4 100.
- Container (je 12 t)
- 0
- Schiff leer
- 18 450 t
- Ladung
- 0 t
- Schiff mit Ladung
= verdrängtes Wasser - 18 450 t
- Tiefgang
- 3,00 m
Ladelinie über Wasser: darf auslaufen.
Station 4 · Salzwasser und Süßwasser
Von der Nordsee in den Fluss
Auftrag: Vermutet zuerst, was im Fluss passiert. Dann schaltet um und erklärt mit dem Wort Dichte.
Freibordmarke (Zeichnung): S Sommer · W Winter · T Tropen · F Frischwasser (Süßwasser) · TF Tropen-Frischwasser
Das beladene Schiff fährt in einen Fluss. Was passiert?
Tiefgang 11,00 m · 1 m³ Wasser wiegt 1,025 t
Es taucht 27,5 cm tiefer ein. Süßwasser ist weniger dicht. Für dasselbe Gewicht muss das Schiff mehr Kubikmeter Wasser verdrängen. Im Flusshafen darf es darum bis F beladen werden, im Meer taucht es bis S auf.
Abschluss
Check: vier Fragen
Auftrag: Entscheidet euch zuerst für eine Antwort und begründet sie. Dann auflösen.
1 · Ein Eiswürfel schwimmt im Wasser. Welcher Teil von ihm ist ungefähr unter Wasser?
Eis hat die Dichte 0,92. Es taucht so weit ein, bis das verdrängte Wasser so viel wiegt wie der Würfel: etwa 92 Prozent. Bei Eisbergen ist das genauso.
2 · Ein Boot aus 50 g Knete schwimmt. Wie viel Wasser verdrängt es?
Was schwimmt, verdrängt genau so viel Wasser, wie es wiegt. Die Form entscheidet nur, ob das Boot überhaupt schwimmt.
3 · Im Meer schwimmt man etwas leichter als im Badesee. Warum?
1 Liter Meerwasser wiegt mehr als 1 Liter Süßwasser. Darum reichen weniger Liter verdrängtes Wasser, um den Körper zu tragen. Die Wassertiefe spielt keine Rolle.
4 · Eine Kugel aus Aluminium geht unter, ein Boot aus gleich viel Aluminium schwimmt. Warum?
Beide wiegen gleich viel. Die Kugel kann höchstens so viel Wasser verdrängen, wie sie Volumen hat: 10 g. Das hohle Boot verdrängt bis zu 27 g und mehr.