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Lektion 13

Dichte, Druck und Auftrieb

Dichte von Stoffen, Druck mit Kraft und Fläche, Schweredruck beim Tauchen, Luftdruck und Blutdruck, Auftrieb, Schwimmen und Sinken
PhysikPrüfungsrelevantca. 50 Min.Adaptiver Trainer
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In 30 Sekunden

Ein Kieselstein sinkt sofort, ein Boot aus Stahl mit vielen Tonnen schwimmt. Und beim Tauchen drückt es in den Ohren. Rate zuerst: Entscheidet beim Schwimmen das Gewicht oder etwas anderes?

Ein Stein sinkt im See, das viel schwerere Boot schwimmt.

Nach dieser Lektion

  • Du berechnest die Dichte aus Masse und Volumen und vergleichst Stoffe.

  • Du rechnest mit Druck, Kraft und Fläche in Pascal und bar.

  • Du berechnest den Druck in einer Tiefe und rechnest Luftdruck und Blutdruck um.

  • Du berechnest den Auftrieb und sagst mit den Dichten voraus, ob ein Körper schwimmt, schwebt oder sinkt.

An der Prüfung: Typisch sind Dichte aus Masse und Volumen, Druck mit der Fläche in m², der Druck in einer Tiefe und die Frage, ob ein Körper schwimmt. Nicht jeder Kanton verlangt das Thema; schau im Lehrplan deiner Schule nach. Physik ist an der FMS kein Fach der Abschlussprüfung: Die Note kommt aus den Prüfungen in der Klasse.

Schritt 2

Entdecken

Verschieb die Regler und löse die Aufträge. Achte darauf, was sich im Bild ändert; die Formel zeigt dir, warum.

WasserschwimmtFGFA

Gewichtskraft violett, Auftrieb blau. Dichten in kg/L, Volumen in L.

Schwimmt: . Ganz eingetaucht wäre grösser als ; er steigt, bis nur noch eingetaucht sind und .

Beispiele

80%

9,81N

  • Schwimmt: . Ganz eingetaucht wäre grösser als ; er steigt, bis nur noch eingetaucht sind und .

  • Das Volumen ändert und im selben Verhältnis: Ob ein Körper schwimmt, hängt nur von den Dichten ab.

Gewichtskraft violett, Auftrieb blau. Dichten in kg/L, Volumen in L.

Aufträge

0 von 3 geschafft

  • Lass einen Körper schwimmen, der genau zur Hälfte eingetaucht ist.

    (offen)
  • Eis () soll schweben. In welcher Flüssigkeit gelingt das?

    (offen)
  • Finde einen Körper mit , der sinkt.

    (offen)
Entdecke:

Schieb langsam über hinaus: Beim Schwimmen ist der blaue Pfeil immer gleich lang wie der violette, denn der Körper taucht genau so weit ein. Sobald grösser ist, reicht der ganze Auftrieb nicht mehr, und er sinkt. Das Volumen ändert beide Kräfte gleich.

Schritt 3

Verstehen

Das Wichtigste auf einen Blick.

1Dichte

Stoff (gerundet)Dichte ρ
  • Die Dichte (griechisch «rho») sagt, wie viel Masse in einem Volumen steckt: Masse durch Volumen.
  • Einheit kg/L, gleich viel wie g/cm³. Für den Druck braucht es kg/m³: .
  • Ein Liter Wasser hat , ein Liter Eisen fast . Die Werte der Tabelle sind gerundet.
WasserEisEisen1 L1 L1 L

Drei Würfel mit je Volumen.

MerkeDichte = Masse durch Volumen; Wasser hat .

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Dichte», Schritt 4

2Druck

gleiche KraftDruck
  • Druck ist Kraft pro Fläche: Dieselbe Kraft drückt auf einer kleinen Fläche stärker.
  • Einheit Pascal: , sehr wenig. Darum oft bar: .
  • Die Fläche in m² einsetzen: .

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Eine Person im Schnee mit Absatz, eine auf Ski.

MerkeKleine Fläche, grosser Druck; Fläche immer in m².

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Dichte», Schritt 4

3Schweredruck

Wasser, Tiefe hSchweredruck
  • Das Wasser über einem Körper hat Gewicht. In der Tiefe drückt es mit , nach allen Seiten gleich.
  • in kg/m³ und in m einsetzen, mit : Dann kommt in Pa heraus.
  • Faustregel Wasser: Tiefe geben etwa . Die Form des Gefässes spielt keine Rolle.
h2h

Eine Taucherin im See.

Merke; Wasser: etwa pro .

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Schweredruck», Schritt 4

4Luftdruck und Blutdruck

typischDruck
  • Luft hat Gewicht: Auf Meereshöhe drückt sie mit etwa (Hektopascal, ), rund . Weiter oben weniger.
  • Blutdruck in mmHg («Millimeter Quecksilbersäule»): der Druck einer hohen Säule Quecksilber, etwa .
  • Typisch über dem Luftdruck: oben beim Herzschlag, unten zwischen zwei Schlägen. Keine medizinische Beratung.
Luft

Über uns liegt eine Säule Luft, viele Kilometer hoch.

MerkeLuft auf Meereshöhe etwa ; .

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Schweredruck», Schritt 4

5Auftrieb

1 L eingetauchtAuftrieb
  • In einer Flüssigkeit wirkt auf jeden Körper eine Kraft nach oben, der Auftrieb . Ein Kraftmesser zeigt im Wasser darum weniger an.
  • Archimedes: ist so gross wie die Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit.
  • Es zählen die Dichte der Flüssigkeit und das eingetauchte Volumen . Mit kg/L und L kommt in N heraus.

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

FGin LuftFG − FA

Derselbe Stein am Kraftmesser, in Luft und ganz im Wasser.

MerkeAuftrieb = Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Auftrieb», Schritt 4

6Schwimmen, schweben, sinken

Vergleichder Körper
  • Vergleiche die Dichte des Körpers mit der Dichte der Flüssigkeit : Der weniger dichte Körper steigt auf.
  • Ein schwimmender Körper taucht nur so weit ein, bis .
  • Eingetaucht ist dann der Anteil . Eis in Wasser: .

Wähle eine Zeile: Das Bild zeigt dann diesen Fall.

Drei Klötze gleicher Grösse im Wasser.

MerkeWeniger dicht schwimmt, gleich dicht schwebt, dichter sinkt.

Jetzt anwenden: Musterbeispiel «Auftrieb», Schritt 4

Im Alltag

Wo dir das ausserhalb der Schule begegnet.

In der Badi

Im Wasser fühlt man sich leicht.

Dein Körper ist etwa so dicht wie Wasser, rund . Mit voller Lunge schwimmst du, nach dem Ausatmen sinkst du langsam.

Heissluftballon

Ein Ballon voll kalter Luft bleibt am Boden.

Der Brenner heizt die Luft im Ballon: Warme Luft hat eine kleinere Dichte als die kalte Luft ringsum. Der Auftrieb in der Luft wird grösser als die Gewichtskraft, der Ballon steigt.

Blutdruck messen

Blutdruckmessung im Sitzen.

Gemessen wird auf Herzhöhe, typisch etwa . Hängt die Manschette tiefer, kommen durch den Schweredruck des Bluts rund dazu.

Tauchen im Meer

0 metwa 1 bar

An der Oberfläche drückt nur die Luft: etwa .

Im Meer kommen alle etwa dazu. In Tiefe drücken Wasser und Luft zusammen mit rund auf einen Taucher.

Schritt 4

Musterbeispiele

Zu jeder Karte aus «Verstehen» ein Beispiel. Deck Schritt für Schritt auf und überlege dir jeden Schritt zuerst selbst.

Musterbeispiel

Ein Quader aus Aluminium () misst . a) Wie gross sind Volumen und Masse? b) Wie gross ist seine Gewichtskraft? c) Mit welchem Druck drückt er auf den Tisch, wenn er auf der grössten Fläche liegt? d) Und wenn er auf der kleinsten steht?

20 cm20 cm

Derselbe Quader aus Aluminium, liegend und stehend.

Tippe oder wische auf der Grafik für den nächsten Schritt.

  1. 1

    a) Volumen und Masse

    Überlege zuerst selbst: Wie würdest du diesen Schritt machen?

  2. 2

    b) Gewichtskraft

    …

  3. 3

    c) Liegend

    …

  4. 4

    d) Stehend

    …

Typische Fehler

  • ✗

    Die Fläche nicht in m² umrechnen: , sonst ist -mal zu klein.

  • ✗

    Bei die Dichte in kg/L einsetzen: wird -mal zu klein. Für Pa braucht es kg/m³.

  • ✗

    Für den Auftrieb die Dichte des Körpers statt der Flüssigkeit nehmen.

  • ✗

    Den Luftdruck vergessen, wenn nach dem ganzen Druck gefragt ist.

Prüfungstipp

Rechne zuerst alles in passende Einheiten um: Fläche in m², Dichte in kg/m³ für . Beim Auftrieb fragst du: Welche Flüssigkeit, wie viel Volumen ist eingetaucht?

Schritt 5

Üben

Unendlich viele Aufgaben. Nach drei richtigen in Folge wird es schwerer, bei Fehlern wieder leichter. Hinweise bekommst du schrittweise, nicht sofort die ganze Lösung.

Schritt 6

Prüfungsniveau

Aufgaben mit mehreren Teilaufgaben und Punkten, aufgebaut wie eine Klassenprüfung. Du siehst sie mit einem kostenlosen Konto.

Hilfsmittel: Taschenrechner und Formelsammlung.

2 Aufgaben auf Prüfungsniveau

  • Das Aquarium
  • Die Infusion

Mit einem Gratis-Konto siehst du die Aufgaben. Lösungswege gibt es im Abo.

Gratis-Konto erstellen

Schritt 7

Selbstcheck: Wie sicher bist du?

Sei ehrlich zu dir. Nur so zeigen wir dir, was du als Nächstes üben solltest.

  • Du berechnest die Dichte aus Masse und Volumen und vergleichst Stoffe.

  • Du rechnest mit Druck, Kraft und Fläche in Pascal und bar.

  • Du berechnest den Druck in einer Tiefe und rechnest Luftdruck und Blutdruck um.

  • Du berechnest den Auftrieb und sagst mit den Dichten voraus, ob ein Körper schwimmt, schwebt oder sinkt.

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Schritt 8

Hängst du irgendwo fest?

Du lernst nicht allein. Frag uns direkt: Antwort von Ugi innert 2 Schultagen. Oder stell deine Frage auf die Themenwand der Live-Fragestunde (jeden zweiten Samstag, 10:00 Uhr, auf Zoom).

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