Eintauch-Tank

Auftrieb und Widerstand vergleichen

Flüssigkeit, Form, Material, Durchmesser beziehungsweise Kantenlänge und Fallhöhe wählen. Die Fallhöhe ist der anfängliche Abstand zwischen Körperunterkante und Flüssigkeitsoberfläche; die eingegebenen 2–80 cm werden vollständig verwendet. Fallen lassen startet den Versuch. Pause und Schritt 0,1 s erlauben die Betrachtung. Die Wiedergabeeinstellungen bieten Zeitfaktoren 1×, 5× und 20×. Eingabeänderungen verwerfen den bisherigen Lauf. Verdeckte Tools pausieren ohne Nachholen; reduzierte Bewegung startet pausiert. Der Bodenkontakt wird ohne Abdichtung gegen die Flüssigkeit angenommen; der ideale hydrostatische Auftrieb bleibt erhalten.

Volumen und Kräfte

Der quadratische Tank misst 42 × 42 cm und ist anfangs 40 cm hoch gefüllt. Seine Fläche beträgt A = 0,1764 m². Der aktuelle Pegel z löst A(z − 0,4) = Vsub(y,z); das Flüssigkeitsvolumen bleibt erhalten. Für die Kugel gilt das exakte Kugelkappenvolumen, für Würfel, stehenden Zylinder und Scheibe ein konstanter Querschnitt. Die Scheibendicke ist max(0,04D, 1 mm), die Zylinderhöhe 1,5D. Der Stromlinienkörper hat das 0,7-Fache des Kugelvolumens, Höhe 1,1D und ausdrücklich nur eine höhenbasierte Eintauchnäherung.

Nach oben ist positiv: Gewicht −mg, Auftrieb ρgVsub, Widerstand −bv −qv|v| und eine nichtnegative Bodenkraft. Beim ruhenden gesunkenen Körper gleicht die Bodenkraft Gewicht minus Auftrieb aus. Beim Schwimmen gilt Vsub/Vkörper = ρkörper/ρflüssigkeit; der entsprechende Pegelanstieg wird berücksichtigt. Neutrales Schweben bedeutet gleiche Dichten, keine eindeutig bestimmte Ruhetiefe. g = 9,81 m/s². Die Tabelle enthält alle vertikalen Kräfte in N. Pfeillängen sind zur Lesbarkeit skaliert und begrenzt; Zahlenwerte vergleichen. Ein gestrichelter Suchkreis um einen sehr kleinen Körper zeigt nicht dessen realen Durchmesser.

Dynamik und Grenzen

Der Körper bleibt aufrecht und bewegt sich nur vertikal. Der Flüssigkeitswiderstand mischt einen Stokes-artigen Anteil b = f·3πμL (Faktor 0,4 beim Stromlinienkörper) mit q = f·ρCdAproj/2; der trockene Anteil erhält Luftwiderstand. Cd und Stoffeigenschaften sind feste beispielhafte Lehrwerte, keine Präzisionsdaten. L ist der charakteristische Modelldurchmesser beziehungsweise die Kante, beim Stromlinienkörper 0,9D. Die lineare Regel für nichtkugelige Körper und die Verdrängungsregel des Stromlinienkörpers sind Näherungen. Re = ρ|v|L/μ dient der Einordnung, nicht der automatischen Wahl eines Widerstandsgesetzes.

Der Widerstand wird für hochviskose Flüssigkeiten stabil implizit integriert; Unterschritte lösen die Rückstellkräfte an der Oberfläche auf. Der Bodenstoß nutzt Rückprallzahl 0,1. Schwimmruhe wird nur nahe dem unabhängig berechneten Gleichgewicht erkannt: Tempo unter 0,0001 m/s und Positionstoleranz max(0,1 μm, Körperhöhe × 0,00001). Es gibt keine pauschale Ruhebehauptung nach einer festen Zeit. Zusatzmasse, Flüssigkeitswellen, Aufprallspritzer, Rotation, Oberflächenspannung und nichtnewtonsches Verhalten fehlen; der Pegel folgt der Volumenerhaltung sofort. Ein anschauliches Einzelkörpermodell, keine CFD.

Quellen: Archimedes und Schwimmanteil; Widerstand und Endgeschwindigkeit. Volumengekoppelter Tank und Integrationsverfahren sind offengelegte Modellentscheidungen dieses Tools.

Zurücksetzen stellt alle Standardwerte wieder her. Gespeichert werden nur exakte Eingaben, Material-/Form-/Flüssigkeitswahl und Zeitfaktor; niemals Positionen, Bewegung oder Ergebnisse. Nach dem ersten Start zeigen gültige Parameteränderungen sofort einen neuen pausierten Ausgangszustand. Fortsetzen startet dessen Bewegung.