Auftrieb mit zwei Flüssigkeiten und Trennschicht

Neo Novalis · Anmeldungsdatum: 23.08.2022 Beiträge: 3

Meine Frage:
Ausgangssituation: In einem Topf befindet sich eine Flüssigkeit, auf der (horizontal) eine feste Kruste schwimmt. Die Dichte der Flüssigkeit sei höher als die der Kruste. Die Kruste bedeckt die Fläche des Topfs vollständig (d.h. die Flüssigkeit kann in keinem Fall nach oben ausweichen). In der Mitte des Topfs befindet sich eine (kreisförmige) Zone, die vom Rest der Kruste abgetrennt ist, sich sonst aber nicht unterscheidet. Durch diese Trennung soll sich der mittlere Kreis zum Rest der Kruste vertikal bewegen können. Über der Kruste befinde sich nun eine zweite Flüssigkeit, deren Dichte geringer als die der Kruste (und damit auch die der darunter liegenden Flüssigkeit) sei.

Meine Frage lautet nun: Was passiert, wenn ich in diese mittlere Zone von oben einen Hohlraum schneide (der sich dann mit der darüber liegenden Flüssigkeit füllt)?

Meine Ideen:
Wäre über der Kruste ein Gas (z.B. Luft), müsste sich meinem Verständnis nach der mittlere Teil nach oben heben, da die Gewichtskraft pro Fläche durch den Hohlraum geringer wird. Gilt das auch, wenn sich über der Kruste (anstelle des Gases) eine zweite Flüssigkeit (mit geringerer Dichte als darunter) befindet?

Vielen Dank im Voraus für jede hilfreiche Antwort!

PS: kann ich hier irgendwie auch Skizzen hochladen? Falls das zur Veranschaulichung meiner Frage hilfreich wäre, hätte ich sowas parat.

Frankx · Anmeldungsdatum: 04.03.2015 Beiträge: 1022

Neo Novalis · Anmeldungsdatum: 23.08.2022 Beiträge: 3

Vielen Dank für die Antwort! Es klingt für mich sehr nachvollziehbar.

Gibt es da eine Formel, mit der man die relative Höhenveränderung (abhängig vom Dichteverhältnis der Flüssigkeit und der Kruste?) berechnen kann?

Und eine ergänzende Frage: was würde passieren, wenn der innere Teil nicht abgetrennt, sondern mit dem Rest der Kruste fest verbunden und die Kruste insgesamt (beschränkt) biegsam wäre? Ich nehme an, wenn die Kraft, "die den mittleren Teil nach oben drückt", ausreichend groß ist, wird sich die Kruste rund um den Hohlraum aufwölben, während die Kruste an den Rändern absinken wird, oder? Wie könnte man diesen Effekt berechnen (oder simulieren?) bzw. welche Parameter muss ich dafür wissen?