Wieviel Wasser braucht ein Schiff zum Schwimmen?
Eine Frage an die Leute mit soliden physikalischen Kenntnissen.
Ein Schiff fährt in eine offene Schleuse. Seine Masse verdrängt das Wasser. Wir nehmen fiktiv an, dass es so riesig ist, dass es Back- und Steuerbord nur noch eine Handbreit Wasser zu den Schleusenwänden hat. Auch sein Tiefgang ist so groß, dass nicht all zu viel Wasser unter dem Kiel ist - aber eindeutig genug, um nicht auf Grund zu laufen. Vereinfacht gesagt: Es schwimmt.
Nun wird direkt vor dem Bug ein Tor geschlossen und dann direkt am Heck, so dass sich auch dort nur wenig Wasser befindet. Das Schiff befindet sich wie in einem komplett abgeschotteten Dock. Der 100.000 Tonnen schwere Frachter ist letztlich nur noch von angenommen 20.000 Tonnen Wasser umgeben.
Was passiert?
1) Nichts. Das Schiff schwimmt wie vorher auch.
2) Nachdem das Tor am Heck geschlossen wurde, sinkt das Schiff auf den Grund und drückt das Wasser an Seiten, Bug und Heck nach oben, weil 100.000 Tonnen Schiffsmasse die viel geringere Wassermasse verdrängen. Nebenfrage: Wo liegt der Kipppunkt: Bei 100.000 Tonnen Wasser?
11 Antworten
Die Auftriebskraft ist gleich dem Gewicht der verdraengten Fluessigkeit (archimedisches Gesetz). Ist diese groesser oder gleich der Gewichtskraft des Schiffes, schwimmt dieses.
Aber es ist erstaunlich, ich kann das nachvollziehen. Da der Wasserpegel steigt und somit der Druck im Becken, wird es aber nachvollziehbar, dass die Kraefte wirken.
Das verdrängte Wasser ist kein vorhandenes Wasser, sondern gedachtes Wasser, das da wäre, wenn das Schiff nicht da wäre. Also ist die Menge, 100.000 Tonnen, konstant, solange das Schiff da ist und diese Masse hat.
Wieviel Wasser darum ist, ist völlig egal, solange es überall darum ist. Wenn gar kein Wasser darum wäre und die Schleuse exakt die Form des Schiffes hätte, wäre es auch egal, nur könnte man dann nicht mehr von Schwimmen reden.
1) ist richtig
Dir Schiffsmasse hat ja schon Wasser verdrängt, warum sollte das nach Schließen der Tore anders sein? Das Schließen des Tores geht so langsam, dass ein Druckausgleich möglich ist.
Wenn man das ganze an einem kleinen, ungeeigneten Modell nachstellt, könnte es vielleicht passieren, dass die Tore beim Schließen zusätzliches Wasser in die Schleuse drücken. Dann würde sich der Wasserspiegel entsprechend ändern.
Die eigentliche Intention deiner Frage sehe ich als hinreichend beantwortet an: Das Schiff hat das Wasser ja bereits verdrängt, es benötigt also kein zusätzliches Wasser.
Doch da du ein Bild vom Panama-Kanal gewählt hast, möchte ich auf ein wichtiges Detail hinweisen, das oft unterschätzt wird: Der Kanal selbst benötigt sehr viel Wasser, das dem Land Panama tatsächlich fehlt. Es ist ja nicht so, dass der Kanal eine direkte Verbindung zwischen den Ozeanen bildet und dass die Schiffe quasi "ebenerdig" vom Pazifik zum Atlantik und zurück fahren. Vielmehr werden für den Betrieb der Schleusen enorme Wasservorräte aus natürlichen und künstlichen Seen entnommen, die für die Wasserversorgung des Landes nicht zur Verfügung stehen.
Die Ingenieure haben sich allerdings eine Menge einfallen lassen, um das Wasser möglichst sparsam zu verwenden und zwischen den Schleusenkammern zurückzuführen.
Die Menge des umgebenden Wassers ist völlig egal, solange genug Wasser in der Schleuse ist, dass das Schiff bis zur Höhe seiner normalen Wasserlinie allseitig von Wasser umgeben ist. Ganz allein die Höhe des Wasserspiegels bestimmt den Wasserdruck, der letzten Endes das Schiff schwimmend hält. Theoretisch würde 1 Zentimeter Wasser rundherum (auch unter dem Kiel) reichen.