Was versteht man unter Druck?
Wenn sich eine Kraft auf eine Fläche verteilt, dann sprechen wir von Druck. Wirkt die gleiche Kraft auf eine große und auf eine kleine Fläche, so ist der Druck bei der kleinen Fläche größer.
`\text(Druck) = \text(Kraft)/\text(Fläche)`
`p = F/A`
`[p] = (1\ \text(N))/(1\ \text(m²) )` = 1 Pa (Pascal, nach Blaise Pascal, 1623-1662 )
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Welche Druckeinheiten sind gebräuchlich?
Neben der SI-Einheit Pascal wird meist im Alltag die Einheit bar verwendet.
1 bar = 100 000 Pa = 10^5 Pa
1 mbar = 100 Pa = 1hPa
Beispiele:
Der Luftdruck beträgt etwa 1 bar, der „Normaldruck“ in Meereshöhe liegt bei 1,013 bar, also 1013 mbar.
Der Druck in einem PKW-Reifen beträgt etwa 2 bar.
Wie groß ist der Druck deiner Füße auf die Unterlage?
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Wie reagieren Körper auf Druck?
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Was versteht man unter dem hydrostatischen Druck?
Der Druck in einer ruhenden Flüssigkeit wird als hydrostatischer Druck bezeichnet. Er ergibt sich aus der Definition des Drucks:
(`\rho` … Dichte der Flüssigkeit, g … Schwerebeschleunigung, `h` … Tiefe, in der der Druck gemessen wird.)
`p = F/A = (m*g)/A = (m*g*h)/(A*h) = m/V * g*h = \rho*g*h`
Beispiel: Wie groß ist der hydrostatische Druck in einer Tiefe von 3m?
`p \approx 1000 (kg)/m^3 * 10 m/s^2* 3m =30 000 Pa = 0.3 \text(bar) `
Hydrostatisches Paradoxon
Beachte: Der Druck in einer Flüssigkeit ist nur von der Wassertiefe abhängig (die Dichte und die Schwerebeschleunigung können kann meist nicht beeinflusst werden).
D.h. die Form bzw. der Durchmesser einer Wassersäule spielen keine Rolle! Dies wird als hydrostatisches Paradoxon bezeichnet.
Eine Messung zeigt dies natürlich:
Ein historischer Versuch von Blaise Pascal
Mit einer sehr hohen Wassersäule kann so ein sehr hoher Druck erzeugt werden.
Dies zeigte Pascal bereits 1648:
Mit einem langen, dünnen Rohr erzeugte Blaise Pascal eine hohe Wassersäule (bis zur zweiten Etage).
Ein normales, intaktes Fass wurde undicht, was den enormen Wasserdruck demonstrierte.
Welcher Druck herrscht im Wasser wirklich?
Der hydrostatische Druck nimmt alle 10m Wassertiefe um `p \approx 1000 (kg)/m^3* 10 m/s^2 * 10 m = 100000 Pa = 1 \text(bar) ` zu. Zusätzlich muss man noch den Luftdruck (ca. 1 bar) berücksichtigen:
Worauf muss man beim Tauchen achten?
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Was versteht man unter dem Auftrieb?
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Beim Eintauchen eines Körpers in eine Flüssigkeit misst man ein geringeres Gewicht als in der Luft. Dem Gewicht wirkt eine Kraft entgegen, die Auftriebskraft. Doch woher kommt sie?
Was hat der Auftrieb mit dem hydrostatischen Druck zu tun?
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Die Auftriebskraft (der Auftrieb) eines Körpers ergibt sich aus dem unterschiedlichen hydrostatischen Druck, der auf den Körper wirkt:
`F_A = F_2-F_1 = p_2*A-p_1*A=\rho_(Fl)*g*h_2*A-\rho_(Fl)*g*h_1*A= \rho_(Fl)*g*A*(h_2-h_1)=\rho_(Fl)*g*V`
Was besagt das Archimedische Prinzip?
Ein vollständig oder teilweise in eine Flüssigkeit eingetauchter Körper erfährt eine Auftriebskraft `F_A`, die seinem Gewicht entgegenwirkt.
`F_G' = F_G-F_A = m*g - \rho_(Fl)*g*V`
(`\rho_(Fl)` … Dichte der Flüssigkeit, `V` … Volumen des verdrängten Wassers, `F_G'` … durch Auftrieb verringerte Gewichtskraft)
Der Auftrieb entspricht dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit
Warum gehen schwere Schiffe nicht unter?
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Mechanik/Druck/Wv8-Auftrieb.mp4
Wann schwimmen Körper, wann schweben sie und wann gehen sie unter?
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Wie nimmt der Druck mit der Höhe ab?
Da die Luft stark kompressibel ist, nimmt der Luftdruck mit der Höhe nicht linear, sondern exponentiell ab:
(`p_0`= 1013 mbar … Luftdruck auf Meeresniveau, „Normaldruck“)
`p(h) = p_0*(1/2)^(h/5500)`
Der Graph dieser Druckabnahmefunktion sieht dann so aus:
Anschaulicher ist der Abnahmegraph aber, wenn die Höhenachse nach oben und die Druckachse damit horizontal liegt.
Hier ein paar Messungen dazu …
Hier ein paar Messungen dazu …
Hier ist wieder der ursprüngliche Graph zu sehen, zusätzlich ist auch die Temperaturabnahme eingezeichnet.
Wie hat Torricelli den Luftdruck gemessen?
Luftdruck verschließt Wasserglas
Warum kann man Wasser nicht höher als 10m pumpen?
Mit entsprechendem Gerät kann man Wasser zwar nach oben pumpen – allerdings nur bis zu einer Höhe von rund zehn Metern, warum?
Mechanik/Druck/Wv8-WarumkannmanWassernichthoeherals10mpumpen.mp4
Warum kann man auf Bergen schlecht kochen?
Mechanik/Druck/Wv8-KochenundLuftdruck.mp4
Extrembergsteigen und Luftdruck
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Luftdruck und Wetter
Mechanik/Druck/Wv8-Luftdruck.mp4
Horror vacui - das historische Experiment von Otto von Guericke
Implosion durch Luftdruck
Der Luftdruck drückt von allen Seiten auf eine Körper. Zum Glück herrscht in unserem Inneren der gleiche Druck wie außen, daher tut uns der Luftdruck nichts, wir merken nicht einmal etwas davon, dass er vorhanden ist.
Was ist aber, wenn im Inneren eines Gegenstands der Druck niederiger als der Außendruck ist?
Es geht noch dramatischer …
Es geht noch dramatischer …
Manometer und Barometer
Wie lässt sich der Blutdruck messen?
Mechanik/Druck/Wv8-Blutdruckmessung.mp4
Mechanik/Druck/Abb/BlutdruckmessunginderMedizin.jpg
| Mechanik/Druck/Abb/sph5-58-2.jpg | Mechanik/Druck/Abb/sph5-58-3.jpg |
Druck im Reifen
Mechanik/Druck/Abb/sph5-57-1.jpg
Warum herrscht in kleinen Reifen eigentlich ein größerer Druck als in großen?
Mechanik/Druck/Wv8-Druck im Reifen.mp4
Mit einer sehr hohen Wassersäule kann so ein sehr hoher Druck erzeugt werden. 
