Schwimmen, Schweben und Sinken

Dein Ziel: Du nutzt Dichten, um vorherzusagen, ob ein Körper in einer Flüssigkeit eher schwimmt, schwebt oder sinkt.

🔎 Entdecken

Erst selbst überlegen

Ein Holzstück schwimmt auf Wasser, ein Metallstück sinkt. Welche Rolle könnte die Dichte der Körper im Vergleich zur Dichte des Wassers spielen?

Deine Vermutung zählt: Erst danach vergleichst du sie mit der Erklärung.

💡 Verstehen

🌊 Dichten vergleichen

Für eine einfache Vorhersage vergleichst du die mittlere Dichte des Körpers mit der Dichte der Flüssigkeit.

ρ_Körper < ρ_Flüssigkeit → schwimmt

ρ_Körper = ρ_Flüssigkeit → kann schweben

ρ_Körper > ρ_Flüssigkeit → sinkt

Wasser: ungefähr 1,0 g/cm³.
Ein Körper mit 0,8 g/cm³ schwimmt in Wasser. Ein kompakter Körper mit 2,7 g/cm³ sinkt.

🚢 Warum kann ein Stahlschiff schwimmen?

Ein massiver Stahlklotz ist dichter als Wasser und sinkt. Ein Schiff enthält aber große Hohlräume mit Luft. Dadurch ist seine mittlere Dichte aus Stahl, Luft und Innenraum klein genug, sodass es schwimmen kann.

Später kann man dieses Verhalten genauer mit Auftrieb und verdrängter Flüssigkeit erklären.

✏️ Üben

Übungszentrum

🟢 Grundlagen

1. Wasser hat etwa 1,0 g/cm³. Ein Körper hat 0,7 g/cm³. Schwimmt oder sinkt er?

2. Ein Körper hat 1,4 g/cm³. Was passiert in Wasser?

3. Ein Körper und eine Flüssigkeit haben beide 1,0 g/cm³. Welcher Zustand ist idealisiert möglich?

4. Warum sinkt ein kompakter Eisenkörper in Wasser?

5. Ordne: 0,5 g/cm³, 1,0 g/cm³, 2,0 g/cm³ – schwimmen, schweben, sinken in Wasser.

🟡 Anwenden

6. Ein Körper hat m = 80 g und V = 100 cm³. Was passiert in Wasser?

7. m = 150 g, V = 100 cm³. Schwimmt oder sinkt der Körper in Wasser?

8. Ein Körper hat ρ = 1,1 g/cm³. Flüssigkeit A hat 0,9 g/cm³, Flüssigkeit B 1,3 g/cm³. Was passiert jeweils?

9. Warum kann ein Schiff aus einem Stoff gebaut sein, der als massiver Block sinken würde?

10. Ein Eisstück hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser. Was folgt daraus?

🔴 Knobeln

11. Ein Körper hat 120 g und 150 cm³. Berechne seine Dichte und sage voraus, was in Wasser passiert.

12. Ein Körper mit 1,2 g/cm³ sinkt in Wasser. In einer Flüssigkeit mit 1,4 g/cm³: Was erwartest du?

13. Ein hohler Gegenstand hat 500 g und ein äußeres Gesamtvolumen von 800 cm³. Bestimme seine mittlere Dichte und beurteile ihn in Wasser.

14. Aussage: „Alles aus Metall sinkt immer.“ Erkläre, warum diese Aussage falsch ist.

15. Entwirf ein einfaches Experiment, um verschiedene Körper nach Schwimmen und Sinken zu untersuchen und ihre Dichten zu vergleichen.

🚀 Anwenden

Übertrage dein Wissen

Ein Körper hat eine mittlere Dichte von 0,8 g/cm³. Begründe, was du in Wasser mit etwa 1,0 g/cm³ erwartest. Übertrage die Idee anschließend auf einen Körper mit 1,2 g/cm³.

Versuche zuerst selbst eine Lösung und begründe deinen Weg. Nutze die vorherigen Beispiele erst dann als Hilfe.

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📝 Wissenscheck

🔐 Ausführliche Lösungen

Im Prototyp aufklappbar; später kann dieser Bereich serverseitig geschützt werden.

🟢 Lösungen 1–5

1) Er schwimmt.
2) Er sinkt.
3) Schweben.
4) Seine Dichte ist größer als die von Wasser.
5) 0,5: schwimmt; 1,0: kann schweben; 2,0: sinkt.

🟡 Lösungen 6–10

6) ρ = 80/100 = 0,8 g/cm³ → schwimmt.
7) ρ = 1,5 g/cm³ → sinkt.
8) In A sinkt der Körper; in B schwimmt er.
9) Hohlräume vergrößern das Gesamtvolumen, ohne die Masse entsprechend stark zu erhöhen. Dadurch kann die mittlere Dichte kleiner als die Wasserdichte werden.
10) Eis schwimmt auf Wasser.

🔴 Lösungen 11–15

11) ρ = 120/150 = 0,8 g/cm³ → schwimmt.
12) Seine Dichte ist kleiner als 1,4 g/cm³ → er schwimmt in dieser Flüssigkeit.
13) ρ = 500/800 = 0,625 g/cm³ → mittlere Dichte kleiner als Wasser, also kann er schwimmen.
14) Entscheidend ist die mittlere Dichte des gesamten Körpers. Hohle Metallkörper wie Schiffe können schwimmen.
15) Beispiel: Masse und Volumen jedes Körpers bestimmen, Dichte berechnen, dann vorsichtig in dieselbe Flüssigkeit geben und Beobachtung mit dem Dichtevergleich abgleichen.

🎥 Video-Erklärung

Platz für dein Video „Warum schwimmt ein Schiff? Dichte im Alltag“.

🏁 Nächste Mission

Mission 6: Abschlussmission Dichte – Experimente, Rechnungen und Anwendungen.