Fluidstatik

Die Fluidstatik ist innerhalb der Fluidmechanik die Lehre vom Verhalten der Fluide, die in einem ruhenden oder bewegten Bezugssystem, in dem die Betrachtungen durchgeführt werden, näherungsweise statisch, d.h. in Ruhe sind.

Nach der Art des Fluids wird die Fluidstatik unterteilt in die Hydrostatik, die sich mit Flüssigkeiten und insbesondere mit Wasser befasst, und die Aerostatik, deren Gegenstand ruhende Gase, insbesondere Luft ist. Gelegentlich wird Hydrostatik auch gleichbedeutend mit Fluidstatik verwendet. Das Gegenstück für bewegte/strömende Fluide ist die ebenfalls zur Fluidmechanik gehörende Fluiddynamik.

Zentrale Inhalte der Fluidstatik sind die Charakteristik des hydrostatischen Drucks, die Kräfte sowie ihre Angriffspunkte auf Behälter­wandungen und auf ganz oder teilweise in ein Fluid eingetauchte Körper, speziell der statische Auftrieb, sowie die Ausbildung von Grenzflächen.

Erstarrungsprinzip für Fluide

Das Erstarrungsprinzip drückt eine nützliche Tatsache in der Fluidstatik aus. Demnach bleibt ein sich im Gleichgewicht befindendes Fluid im Gleichgewicht, auch wenn Teilbereiche davon erstarren. Auf solchermaßen erstarrt gedachte Fluidvolumina können dann Einzelkräfte aufgebracht werden, was ansonsten nicht ohne Weiteres denkbar ist. Dies erlaubt beispielsweise das Archimedische Prinzip anschaulich zu begründen.

Archimedisches Prinzip

Betrachtet wird ein in Wasser schwimmendes Schiff, das ruht und sich im Gleichgewicht befindet. Entfernt man gedanktlich das Schiff und ersetzt das von ihm verdrängte Volumen, sein Unterwasserschiff, durch Wasser (b), das sogleich als erstarrt gedacht werden kann, dann bedeutet mechanisches Gleichgewicht, dass das Schiff dieselbe Gewichtskraft F_G auf derselben Wirkungslinie wie das erstarrte Wasservolumen A aufweist. Das umgebende Wasser übt auf den erstarrt gedachten Teil des Wassers A eine entgegengerichtete Auftriebskraft F_A aus, was das Archimedische Prinzip darstellt:

Ein in eine Flüssigkeit eingetauchter Körper verliert so viel von seinem Gewicht, wie die von ihm verdrängte Flüssigkeit wiegt. Ludwig Prandtl

Die Betrachtung kann auf vollständig eingetauchte Körper wie U-Boote übertragen werden und gilt auch für Körper wie Gasballons, die von Luft umgeben sind. Der Gewichtsverlust wird Statischer Auftrieb genannt. Schwimmstabilität ist gegeben, wenn der Schwerpunkt G unter dem Metazentrum des Schiffskörpers liegt.