Auftrieb unter wasser ?

[Der3Geist]

Hi,

eine frage, die mich schon wirklich jahrelang Beschäftigt und auf die ich nie eine Brauchbare Antwort bekomme.

Jeder weiß, das ein gegenstand mit dem Spezifischen Gewicht leichter als Wasser einen Auftrieb hat.
Zusätzlich zum Auftrieb durch das Gewicht kommt ja noch der Auftrieb durch die Verdrängung des Wassers.

Man stelle sich nun Folgendes Szenario vor.

z.b. eine Propangasflasche wie man sie kennt in 3 Verschiedenen Variationen.

1. Die Flasche ist Leer (Atmosphärendruck innerhalb der Flasche)
2. Die Flasche ist Gefüllt mit Pressluft
3. Die Flasche ist Gefüllt mit Wasser

Nun würde ich Vermuten, das z.b. die Flasche gefüllt mit wasser Keinen Auftrieb hat, da 1. das Metall schwerer ist als wasser uns somit auf den grund sinkt.
Hingegen die Flasche (1) mit Neutralem Luftdruck / Atmosphärendruck hat einen "Normalen" Auftrieb, da die Luft innerhalb der Flasche den "Normalen" Auftrieb unter wasser hat,
da die Luft Leichter ist als Wasser und somit nach oben Steigt.

Nun meine frage, die Flasche mit der Pressluft enthält "mehr" der Leichteren Luft und müsste doch somit Mehr Auftrieb als die andere Flasche bekommen.
Hat die Komprimierte Luft einen Höheren Auftrieb innerhalb der Flasche oder nicht.

Wenn man nun Entsprechend der Luftmenge in den Flaschen angepasst große Gefäße Verwenden würde, hätte die Flasche mit der Komprimierten Luft welche ja größer sein müsste ja entsprechend
durch die Wasserverdrängung und des eigengewichtes der Luft einen größeren Auftrieb.

Hab ich irgendwo einen Denkfehler, oder stimmt meine Vermutung.

 

[Douggie]

Ich glaub die Standard Gasflasche schwimmt auch bei Atmosphärendruck im inneren nicht.

 

[jpsonics]

Hab ich irgendwo einen Denkfehler

Ja, hast du. ;-)

 

[HanZ]

Beim Auftrieb geht es nur um die Dichte. Sofern die mittlere Dichte höher ist = Auftrieb. Sofern niederiger = Absinken.

Wenn eine Flasche mit Pressluft nun mit sehr viel Luft gefüllt wird, steigt die Dichte, das heißt, ab einem bestimmten Punkt, ist die Flasche mit Pressluft schwerer und sinkt.

Deshalb schwimmt man ja auf Salzwasser auch besser, da der Unterschied Mensch <-> Salzwasser größer ist als bei Mensch <-> Süßwasser

 

[Pleitgengeier]

@Der3Geist: Du hast folgenden Denkfehler: Luft ist nicht generell leichter als Wasser, sie hat aber bei Atmosphärendruck eine wesentlich geringere Dichte als Wasser - und die Dichte ist das Gewicht pro Volumen.
Erhöht man den Druck, hat man nicht mehr leichte Luft sondern mehr Luft pro Volumen -> Mehr Gewicht pro Volumen -> größere Dichte -> weniger Auftrieb:

Wasser: 1000kg/m³
Luft (genähert): (bei 1Atü=1013,25mbar): 1,293kg/m³
bei 100bar: 127kg/m³
Ab etwa 800bar wäre die Dichte von Luft größer als die Dichte von Wasser -> kein Auftrieb mehr.

 

[p3Eq]

Also bin mir gerade nicht ganz sicher, ob ich dir folgen kann, aber wenn deine Frage ist, ob mehr Luft/komprimierte Luft einen höheren Auftrieb erzeugt, so ist das Gegenteil der Fall: Mehr Luft auf demselben Raum bedeutet mehr Gewicht und entsprechend weniger Auftrieb. Das kann man relativ leicht auch im echten Leben prüfen, indem man beispielsweise einen platten Fußball wiegt, anschließend aufpumpt und nochmal wiegt. Das Ergebnis: Der voll aufgepumpte Ball wiegt mehr, da die komprimierte Luft auch mehr Gewicht mit sich bringt.

@jpsonics: Wirklich notwendig, dieser Post.

 

[jpsonics]

@jpsonics: Wirklich notwendig, dieser Post.

Natürlich. Oder bin ich da um anderen ihre Physik-Hausaufgaben zu erledigen?
Und seine eigentliche (wenn auch nicht wirklich) gestellte Frage war mit den wenigen Worten doch beantwortet, oder?

 

[Pleitgengeier]

Ich glaub die Standard Gasflasche schwimmt auch bei Atmosphärendruck im inneren nicht.

Ich überschlage das mal kurz für eine 33kg-Flasche:
Wasserverdrängung ~ 320l=320kg
Leergewicht ~35kg

Schwimmt also recht eindeutig.

Bei U-Booten nutzt man das übrigens gezielt um den Auftrieb zu steuern: Ballasttanks werden nach Bedarf mit Wasser gefüllt oder mit Pressluft ausgeblasen.

@jpsonics: Hier gibt es vermutlich nicht viele Leute die noch Hausaufgaben haben...

 

[Der3Geist]

@jpsonics , muss dich leider Entäuschen, hab schon seit ~ 20 jahren keine Hausaufgaben mehr auf.

@Pleitgengeier , danke für die Rechnung.

Allerdings machst du den Auftrieb von der Wasserverdrängung abhängig.
Aber eine z.b. mit wasser Gefüllte flasche schwimmt ja wiederrum nicht.

Wie ist das mit Tauchern, die z.b. eine Atemflaschen haben.
Da müsste sich doch entsprechend der Auftrieb mit Verbrauch der Luft verändern.

Demnach müsste also ein Pressluft tank mit ~ 40l Volumen und 6 bar druck schwerer sein als mit Atmosphären druck ?
Werd ich morgen glatt mal testen und einen Luftakku auf der Arbeit befüllen und wiegen.

 

[HanZ]

Demnach müsste also ein Pressluft tank mit ~ 40l Volumen und 6 bar druck schwerer sein als mit Atmosphären druck

habe ich ja oben schon geschrieben, ja.

taucher haben oft auch gewichte mit dabei, damit der auftrieb nicht so hoch ist.

 

[Pleitgengeier]

Aber eine z.b. mit wasser Gefüllte flasche schwimmt ja wiederrum nicht.

Warum sollte sie auch? Die Dichte ist ja identisch.


Sind in den Flaschen von Tauchern wirklich nur 6 bar?
Ich hätte da den Druck auf wesentlich mehr geschätzt, da man den ja leicht durch Druckminderer reduzieren kann, der Auftrieb reduziert und die Luftmenge viel größer wird.

 

[TBow]

Sind in den Flaschen von Tauchern wirklich nur 6 bar?
Ich hätte da den Druck auf wesentlich mehr geschätzt, da man den ja leicht durch Druckminderer reduzieren kann, der Auftrieb reduziert und die Luftmenge viel größer wird.

Yep, der geht hoch bis ca 200 bar. Da ist die volle Flasche schon echt schwer.

 

[Der3Geist]

Sind in den Flaschen von Tauchern wirklich nur 6 bar?

Keine ahnung, ich bin kein Taucher.
Die 6 bar habe ich nur gewählt, da ich auf der Arbeit den Kompressort & tank mit 6 bar Betreibe und entsprechend auch damit den Luftakku befüllen kann.

 

[Pleitgengeier]

@Der3Geist: Die Dichte steigt linear mit dem Druck, somit auch das Gewicht.
Wenn du also den Druck von Normaldruck (etwa 1bar) auf 6bar erhöhst, müsste das Gewicht des Inhalts auch um Faktor 6 steigen.

Die üblichen Hochdruck-Gasflaschen aus massivem Stahl sind aber - relativ zum Inhalt - so schwer, dass dir das bei so kleinem Druck kaum auffallen wird...
Wenn du in den Bereich von 100-200bar kommst, macht sich das schon eher bemerkbar:

33kg-Flasche:
Gewicht leer: 35kg
100bar: 45kg
200bar: 55kg
(Edit: Das ist eine theoretische Überlegung, da die Flasche für die ich das hier durchgerechnet habe nur 30bar aushält)

Edit2: Werte korrigiert, ich hatte beim Volumen eine 0 vergessen.

 

[Der3Geist]

Ich hab jetzt nochmal Google Bedient und etwas über Taucherflaschen gefunden.

Da gibt es Tabellen die das Relativ gut Veranschaulichen.
Unabhängig von der Füllung verändert sich der Auftrieb auch von der Größe der Flasche und klar vom Spezifischen gewicht.

Als Beispiel eine Stahlflasche mit 10 und 12 Liter Volumen, aber dem Gleichen druck unterscheidet sich im Gewicht (was ja klar ist) und auch im Auftrieb.

	10.0 litre	232 bar	12.4 kg
	12.0 litre	232 bar	14.3 kg

Ebenfalls 2 Stahlflaschen mit dem gleichen Volumen aber Unterschiedlicher Füllung ebenfalls Unterschiedlich schwer sind und auch einen anderen Auftrieb haben.

12.2 litre 232 bar 13.2 kg 12.2 litre 300 bar 16.6 kg

Quelle : http://www.subaqua.co.uk/cylinder-buoyancy.php?units=metric


Somit setzt sich der Auftrieb zusammen aus Material (Speziefisches Gewicht) , Volumen und Fülldruck.
Und eine Flasche mit mehr Füllung hat dann entsprechend weniger Auftrieb.

Danke für die Hilfreichen Antworten.

 

[bevoller]

Lässt sich doch eigentlich auf eine simple Formel bringen.
Gewicht < Gewicht des verdrängten Wassers = schwimmt
und umgekehrt.

 

[Der3Geist]

Es ging ja nicht darum, ob es Schwimmt oder nicht.
Sondern ob eine Flasche mit Unterschiedlichem Druck mehr oder weniger Auftrieb hat.

 

[KaPiTN]

Wenn Du in einen Sack mehr (leichte)Daunen reinpackst, wird der doch auch nicht leichter.

 

[BurnerR]

Und entgegen der Intuition hat Luft auch ein 'gewicht' im ganz umgangssprachlichen Sinne.

 

[TBow]

Und entgegen der Intuition hat Luft auch ein 'gewicht' im ganz umgangssprachlichen Sinne.

Yep und das führt uns zur fundamentalen Frage, was passiert wohl, wenn Tbow auf einer sehr genauen Waage steht, in seiner Hand eine süsse Leckerei hält und sie dann verspeist.
Sinkt das angezeigte Gewicht, bleibt es gleich, oder steigt es?