Der statische Auftrieb ist eine der Schwerkraft entgegengesetzte Kraft auf einen Körper in Flüssigkeiten oder Gasen. Der statische Auftrieb wird durch die Verdrängung des umgebenden Mediums hervorgerufen. Er bewirkt, dass Schiffe schwimmen, Heißluftballone schweben, Luftblasen in Wasser, heiße Abgase und Gewitterwolken aufsteigen.
Die Stärke des statischen Auftriebs ergibt sich aus dem archimedischen Prinzip.
Die Ursache für die Auftriebskraft liegt darin, dass der hydrostatische Druck von der Höhe des betrachteten Orts abhängt. Auf die Unterseite des Körpers wirkt ein höherer Druck als auf die Oberseite. Wenn kein Fluid an die Unterseite des Körpers gelangen kann, dann gilt das archimedische Prinzip nicht. In diesem Fall kann sich dennoch eine Auftriebskraft ergeben.
Der statische Auftrieb entspricht der Gewichtskraft der entsprechenden Verformung des Fluids. Das Fluid kann eine Flüssigkeit wie Wasser oder auch ein Gas wie etwa Luft sein. Dieser Zusammenhang ist als archimedisches Prinzip bekannt. Auf einen Körper, der in ein Fluid mit der Dichte getaucht ist, wirkt also eine Auftriebskraft mit dem Betrag:
Dabei ist das vom Körper verdrängte Volumen des Fluids. Das Produkt ist die Masse des vom Körper verdrängten Fluids. Und ist ihre Gewichtskraft.
Das hydrostatische Paradoxon sagt aus, dass der Druck nur von der Tiefe und nicht von der Form eines Fluids abhängt. Daher ist die Auftriebskraft unabhängig von der Menge des Fluids, in dem der Körper eingetaucht ist. Das Prinzip gilt demnach auch, wenn etwa die vorhandene Flüssigkeit ein geringeres Volumen besitzt als der eingetauchte Teil des Schwimmkörpers.
Stoff | Dichte in kg/m³ | Dichtedifferenz gegenüber Luft (1,23 kg/m³) in kg/m³ |
---|---|---|
Luft in Normalatmosphäre | 1,23 | 0 |
Auf 70 °C erhitzte Luft | 1,03 | 0,2 |
Auf 100 °C erhitzte Luft | 0,95 | 0,28 |
Erdgas | 0,7–0,84 | 0,39–0,53 |
Helium | 0,18 | 1,05 |
Wasserstoff | 0,09 | 1,14 |
Vakuum | 0 | 1,23 |
Vulkanismus, Geysire, Schlammtöpfe, Gas- und Erdölquellen, doch auch Artesische Brunnen, basieren auf Auftriebseffekten ebenso wie das Sich-Durchmischen einer von unten erhitzten Flüssigkeit, das sich beim Kochen durch das Aufsteigen von Dampfblasen vom Gefäßgrund noch verstärkt.
Gelagerte, unbefestigte Güter, die in Wasser aufschwimmen können, stellen bei Hochwasser ein Gefahrenpotential dar. Ein Heizöltank kann im gefluteten Tankraum aufschwimmen, kippen, Leitungen können abreißen und lecken. Geschlägertes Holz, Seecontainer oder Wechselaufbauten können bei erhöhtem Wasserstand abtreiben und durch Anstoßen an Brückenpfeilern, Verklausen (Verschließen der Durchflüsse) von Brücken oder Rammen von Hochwasserschutzwänden zu schweren Schäden führen.