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Warum schwimmt eine ungeschälte Orange, eine geschälte aber nicht?

20. August 2014

  • D Naturwissenschaften und Mathematik
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Die Orange wird nördlich der Speyerer Linie auch Apfelsine genannt, was wörtlich „Apfel aus China/Sina" bedeutet. Bild: Paul Saint-Paul/WiD

Warum schwimmt eine ungeschälte Orange, eine geschälte aber nicht?

Das Experiment ist einfach, doch verblüffend: Eine Apfelsine schwimmt im Wasser. Aber nur, wenn sie ungeschält ist. Entfernt man die Schale, geht dieselbe Apfelsine sang- und klanglos unter!! Wie das? Wirft man einen Körper ins Wasser, so wirken zwei Kräfte auf ihn.

Die Schwerkraft zieht den Körper nach unten. Die Flüssigkeit drückt den Körper nach oben – das ist der Auftrieb. Von der Größe des Auftriebs hängt es ab, ob ein Körper im Wasser schwimmt oder ob er untergeht. Der griechische Philosoph Archimedes fand heraus, dass die Auftriebskraft genauso groß ist wie die Gewichtskraft des durch den Körper verdrängten Wassers. Diese Gewichtskraft wiederum hängt von der Masse des Wassers ab und wächst mit dem Volumen des durch den Körper verdrängten Wassers. Für Körper, deren Masse im verdrängten Volumen kleiner ist als die des Wassers, ist der Auftrieb größer als die Schwerkraft. Diese Körper schwimmen an der Wasseroberfläche, ein Teil ihres Volumens ragt aus dem Wasser heraus. Körper mit einem Verhältnis von Masse zu Volumen, das größer ist als das des Wassers, sinken ab. Das Verhältnis von Masse zu Volumen bezeichnen Physiker als Dichte. Ist die Dichte eines Körpers kleiner als die des Wassers, so schwimmt der Körper. Ist die Dichte des Körpers größer als die des Wassers, so sinkt er auf den Grund.

Nun zur Orange: Eine geschälte Orange besteht im Wesentlichen aus Wasser, aber auch aus einigen anderen Substanzen, wie etwa die Haut, die den Saft umgibt, Vitamin C oder Fruchtsäuren. Das führt dazu, dass die – geschälte – Orange eine etwas höhere Dichte hat als reines Wasser. Ins Wasser gelegt, geht die Orange deshalb unter. Anders sieht das für die Orange mit Schale aus. Die Schale besteht aus einer dünnen Außenhaut und einer weichen, faserigen Schicht darunter. Diese Schicht enthält viele luftige Poren, aber kaum Wasser. Die Folge: Insgesamt gesehen hat die Orange mit Schale nicht nur eine geringere Dichte als die nackte Orange, sondern auch als das Wasser. Deshalb kann wohl die ungeschälte, nicht aber die geschälte Orange schwimmen. Dieses Prinzip nutzen auch Bademeister und Rettungsschwimmer, die Ertrinkenden einen Rettungsring und Schwimmschülern einen Schwimmreifen reichen. Sie wissen, dass ein Mensch mit Rettungsring im Wasser nicht untergeht. Man könnte also sagen: Die Schale ist der Rettungsring der Orange.

Übrigens: Die Orange schwimmt auch dann noch, wenn man jeweils oben und unten einen Teil ihrer Schale entfernt und der verbleibende Rest tatsächlich wie ein Schwimmreifen aussieht.

Die Frage wurde beantwortet von Prof. Norbert Esser, ISAS Berlin.