Die Geschichte der Schifffahrt geht weit zurück. Bevor die Menschen das Rad erfanden, war der Wasserweg die beste Möglichkeit für den Transport. Bereits die alten Ägypter bauten vor mehr als 5.000 Jahren Schiffe, mit denen sie auf dem Nil fuhren. Als Baumaterial verwendeten sie anfänglich zusammengebundenes Schilf und später auch Holz.
In den letzten Jahrtausenden entwickelte sich der Schiffbau weiter. Die Wikinger bauten ihre berühmten Kriegsschiffe und die Spanier große Handelsschiffe aus Holz. Mit einem solchen Handelsschiff entdeckte Christoph Columbus 1492 Amerika. Heute bestehen unsere Schiffe meistens aus Metall. Im Gegensatz zu Holz ist Metall sehr stabil, aber auch viel schwerer.

Wie kann ein Schiff schwimmen?

Du hast bestimmt schon einmal gesehen, dass ein Holzstück auf dem Wasser schwimmt. Und du weißt auch, dass eine Metallkugel im Wasser untergeht. Warum gehen Schiffe, die aus schwerem Metall gebaut sind, dann nicht unter?
Schiffe sind innen hohl und haben eine bauchige Form. Ein zusammengeknülltes Schiff würde sinken, wie die Metallkugel. Ob ein Gegenstand schwimmt, hängt also nicht nur von seinem Gewicht ab, sondern auch von seiner Form. Durch die Form des Schiffes wird ein Auftrieb erzeugt, der das Schiff auf dem Wasser hält. 

Das Archimedische Prinzip

Ein weiterer Grund dafür, dass Schiffe schwimmen können, ist das sogenannte Archimedische Prinzip“. Der griechische Mathematiker Archimedes entdeckte dieses physikalische Gesetz vor über 2.000 Jahren. Das kennst du sicher auch: Wenn du dich in eine Badewanne setzen würdest, die randvoll ist, würde die Wanne überlaufen. Das Wasser wird „verdrängt“.
Das physikalische Prinzip dahinter sagt aus: Der Auftrieb eines Körpers im Wasser ist dann ausreichend gegeben, wenn er ein größeres Gewicht an Wasser verdrängt, als der Körper selbst besitzt. Wenn ein 100 Tonnen schweres Schiff also schwimmen möchte, muss es mehr als 100 Tonnen Wasser verdrängen.

Schwimmen und tauchen: So funktionieren U-Boote 

Wie kommt es nun, dass U-Boote tauchen können, wo sie doch innen hohl und mit Luft gefüllt sind? Ganz einfach: U-Boote besitzen große Tanks, die entweder mit Wasser oder mit Luft gefüllt sind. Für den Tauchgang öffnet der Steuermann die Klappen des Tanks. Dadurch füllen sich die Tanks mit Wasser und das U-Boot wird schwerer – es sinkt. Tiefsee-U-Boote können so bis zu 6.000 Meter tief tauchen. Um wieder an die Wasseroberfläche zu kommen, füllt der Steuermann die Tanks mit Luft aus Pressluftflaschen. Die Luft verdrängt das Wasser: Das U-Boot wird wieder leichter und der Auftrieb stärker. So schwimmt das U-Boot wie ein Schiff auf dem Wasser.

 

Schwimmendes U-Boot
U-Boote können nicht nur tauchen sondern auch an der Wasseroberfläche schwimmen.

 

 

Beitragsfoto: Adobe Stock // STOCKSTUDIO

Die Geschichte der Luftfahrt geht weit zurück. Schon in der Antike haben sich Menschen mit der Theorie des Fliegens beschäftigt. Die ersten Schritte in die Lüfte gelangen allerdings erst den Gebrüdern Montgolfier mit ihrer Erfindung des Heißluftballons im 18. Jahrhundert. Bis zum Flugzeug dauerte es aber noch gut 100 Jahre.

Tüftler versuchten oft, durch vogelähnliche Modelle ein Flugzeug zu konstruieren – bis letzten Endes die Gebrüder Wright mit dem ersten motorbetriebenen Flugzeug den Grundstein für die moderne Luftfahrt gelegt haben. Ihnen gelang im Jahr 1903 der erste Flug mit einer solchen Flugmaschine.

Was hält ein Flugzeug in der Luft?

Wie können sich nun aber tonnenschwere Flugzeuge in der Luft halten? Die Antwort darauf ist der sogenannte Auftrieb oder auch Auftriebskraft. Stark vereinfacht erklärt, funktioniert das so: Der Auftrieb entsteht durch hohe Geschwindigkeiten und die Moleküle in der Luft. Die Luftmoleküle kann man sich beim Fliegen vorstellen wie das Wasser in der Schifffahrt. Auch wenn wir Luft nicht sehen können, sind darin schier unendlich viele Teilchen, die dafür sorgen, dass Flugzeuge in die Lüfte steigen.

Bei hohen Geschwindigkeiten strömt ganz viel Luft an den Flügeln vorbei. Sie sind, im Querschnitt betrachtet, leicht nach oben gewölbt, um den Auftrieb zu ermöglichen. Und das funktioniert so: Da diese Teilchen in der Luft aber immer gleichmäßig angeordnet sein wollen, fließt die Luft über dem Flügel langsamer als unter dem Flügel. Dadurch entsteht ein sogenannter Unterdruck. Dieser sorgt dafür, dass das Flugzeug nach oben gezogen wird. 

Ein Flugzeugflügel im Querschnitt: So strömt die Luft — Bild: Adobe Stock // thingamajiggs

Dieses Phänomen kannst du auch selbst erleben, wenn du zum Beispiel beim Autofahren deine Hand aus dem Fenster streckst. Bei hohem Tempo und je nach der Stellung deiner Hand kannst du dann deutlich spüren, wie es deine Hand nach oben oder unten drückt.

Eingespieltes Team: die Flügel und der Motor

Beide sorgen gemeinsam dafür, dass das Flugzeug auch tatsächlich fliegt. Der Motor sorgt nicht dafür, dass ein Flugzeug in der Luft bleibt, sondern für hohe Geschwindigkeiten. Erst dann können die Flügel genügend Auftrieb erzeugen, sodass der Flieger abhebt und in der Luft bleibt. Der Motor muss deshalb sehr viel Leistung besitzen, um das Flugzeug einerseits in der Luft zu halten und andererseits beim Start in kürzester Zeit auf ein sehr hohes Tempo zu beschleunigen.

Auftrieb statt Motor: So funktionieren Segelflieger

Wie kommt es nun aber, dass Segelflieger ganz ohne Motor auskommen? Segelflugzeuge beziehen ihre Energie zum Fliegen aus dem Auftrieb der Luft. Warme Luft dehnt sich aus und steigt deswegen auf. Diese aufsteigende Luft, auch Thermik genannt, nutzen Segelflieger, um aufzusteigen. Durch eine geneigte Bahn kommt der Flieger voran bzw. baut Geschwindigkeit auf. Er fliegt sozusagen “bergab”. Da der Flieger aber kontinuierlich von der warmen Luft nach oben getragen wird, kann er sehr lange in der Luft bleiben oder die ganze Zeit “bergab” fliegen.

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