Alltagsphysik im Schwimmbecken

Hier eine Alltagsphysikfrage für die heißen Augusttagen, bei denen man gerne schwimmt oder längere Zeit in der Nähe von Wasser verbringt:

Einige Kinder spielen im kleinen fast kreisförmigen Schwimmbecken mit annähernd 5 Meter Durchmesser. Sie werfen ein Schlauchboot in den Pool, beladen das Boot mit 40 schwere Steine, setzen sich im Boot und nach etwas paddeln und viel lachen werfen sie die Steine im Wasser. Einer von den Kindern ist am Schwimmbeckenrand geblieben und beobachtet erstaunt das Wasser.

Was hätte ihn so in Erstaunen bringen können? Die Wasserstandsänderungen?
Wie ändert sich der Wasserstand während des Spielprozesses?

Wenn Sie nach ihren Überlegungen zum Archimedisches Prinzip und Auftriebeffekt auch noch experimentell nachprüfen möchten, wie sich der Wasserspiegel während des Spielprozesses verhält, ohne irgendwelche Steine in einem Pool zu werfen, dann können Sie es einfach mit einem vollen Glas Wasser oder sogar Messbecher (stell den Schwimmbecken dar), einem Kunststoffdeckel, der tief genug ist, um nicht im beladenen Zustand mit Wasser vollzulaufen (stell das Boot dar), und ein paar Münzen (stellen die schwere Steine dar) versuchen.

Überrascht? Ja, jeder Bauch irrt sich mal!

Hier können Sie einige Rechnungen finden, die das Versuchsergebnis erläutern.

Vermerk: diese Alltagsphysik-Frage ist auch ein Beispiel für beliebte Testfragen von Personalverantwortlichen, mit denen sie den Scharfsinn und Einfallsreichtum der Bewerber erproben (s. zum Beispiel die 5. Frage auf folgender Bewerbungs-Warmup-Seite)

Physikalische Gedankensplitter beim Zuschauen der Schwimm-WM 2013 in Barcelona

Die 15. Schwimmweltmeisterschaften finden jetzt in Barcelona statt: ein gute Gelegenheit um einige einfache und kurze Überlegungen über die Physik beim Schwimmen anzustellen.

Schwimmen ist eine wunderschöne sportliche Aktivität, in der die Wechselwirkung des Sportlers mit dem Medium (Wasser) eine große Rolle spielt. Die physikalische Charakterisierung dieser Wechselwirkung lässt sich auf die Untersuchung folgender Aspekte reduzieren:
- der Auftrieb, der das Schwimmen ermöglicht und senkrecht zur Schwimmrichtung wirkt
- der Antrieb, der die Fortbewegung im Wasser bewirkt und den man durch geeignete Arm- und Beinbewegungen erreicht
- der Widerstand, der gegen die Schwimmrichtung des Körpers wirkt und folglich abbremst

DER AUFTRIEB

Jeder Mensch schafft es, dank dem statischen Auftrieb, an der Wasseroberfläche zu treiben. Sein Körper schwimmt, wenn die Gewichtskraft FG auf dem Körper genauso groß ist wie die Auftriebskraft FA, wobei sich ein Teil seines Körpers außerhalb des Wassers befindet. (Ein Körper schwebt, wenn FG=FA und der ganze Körper unter der Wasseroberfläche bleibt, und würde sinken, wenn FG>FA) Nach dem Archimedes Gesetz ist die Auftriebskraft FA gleich der Gewichtskraft der vom Körper verdrängten Wassermenge:

FA = DW · VE · g

[Dichte des Wassers mal Volumen der verdrängten Wassermenge (= Volumen des eingetauchten Körperteils) mal Erdanziehungskonstante]

Die Gewichtskraft, die nach unten wirkt, ist nach dem Kraftgesetz von Newton:

FG = m·g = DK · VK · g

[Dichte des Körpers mal Volumen des ganzen Körpers mal Erdanziehungskonstante]