15.7 : Auftrieb und Stabilität für untergetauchte und schwimmende Körper

In der Strömungsmechanik sind Auftrieb und Stabilität Schlüsselbegriffe zum Verständnis des Verhaltens von untergetauchten und schwimmenden Körpern. Wenn ein ruhender Körper ganz oder teilweise in ein Fluid eingetaucht ist, übt das Fluid eine Kraft auf den Körper aus, die als Auftriebskraft bezeichnet wird. Diese Kraft wirkt vertikal nach oben durch einen Punkt, den Auftriebsmittelpunkt, der das Zentrum des verdrängten Fluidvolumens ist. Nach dem archimedischen Prinzip ist die Stärke der Auftriebskraft gleich dem Gewicht des vom Körper verdrängten Fluids.

Die Stabilität eines Körpers in einem Fluid hängt von seiner Fähigkeit ab, nach der Verdrängung in seine ursprüngliche Position zurückzukehren. Bei untergetauchten Körpern wird die Stabilität durch die Positionen des Schwerpunkts und des Auftriebsmittelpunkts bestimmt. Wenn der Schwerpunkt unterhalb des Auftriebsmittelpunkts liegt, bleibt der Körper im stabilen Gleichgewicht. Bei schwimmenden Körpern ergibt sich die Stabilität aus der Wechselwirkung zwischen der Auftriebskraft und dem Gewicht des Körpers. Wenn der Körper kippt, verschiebt sich der Auftriebsmittelpunkt und erzeugt ein wiederherstellendes Moment, das den Körper wieder ins Gleichgewicht bringt. Bei großen, schlanken Körpern kann jedoch ein kippendes Moment auftreten, was zu Instabilität und möglichem Kentern führt.