61 37 Der Druck und seine Messung Würdest du dich freiwillig auf einen Nagel setzen? Fakire liegen tagelang auf ihren Nagelbrettern. Wie halten diese Menschen das nur aus? In Abb. 37.1 kann man sehen, dass auch „normale“ Menschen auf einem Nagelbrett schmerzfrei ruhen können. Warum sieht ein Reißnagel so aus wie in Abb 37.2? Man drückt auf die große Fläche, damit die Spitze in die Pinwand eindringt. Dazu stellen wir folgende Überlegung an: Wir wollen mit Hilfe des Reißnagels jedes Mal eine gleich große Kraft von z. B. 1N übertragen. Diese Kraft wirkt einmal auf eine Fläche von rund 1 cm2 (100mm2), das andere Mal nur auf die Spitze von etwa 0,05mm2. Daraus können wir die pro 1mm2 wirkende Kraft berechnen. Versuch: 1. Fall: 2. Fall: 1N : 100mm2 = 0,01N/mm2 1N : 0,05 mm2 = 20N/mm2 Im ersten Fall wirkt auf 1mm2 eine Kraft von 0,01N, im zweiten Fall eine Kraft von 20N. Versuch: Besorge dir in einem Blumengeschäft einen Steckschwamm für Blumen! Stelle einen Holzquader mit der kleinsten Fläche auf den Schwamm und belaste ihn mit einem Gewicht. Lege den Quader mit seiner größten Fläche auf den Schwamm und belaste ihn wieder mit dem gleichen Gewicht. Wie tief sinkt der Quader jeweils ein (Abb. 37.3)? Du erkennst: Bei Belastung mit gleichem Gewicht sinkt der Quader bei größerer Auflagefläche weniger tief ein. Versuch: Verändere die Belastung des Holzquaders. Miss auch hier wieder die Einpresstiefen! Bei gleicher Fläche sinkt der Quader bei Belastung mit einem größerem Gewicht tiefer ein. Diese Versuche zeigen, dass neben der Größe (Betrag) der Kraft und der Richtung der Kraft auch der Flächeninhalt der gedrückten Fläche von Bedeutung ist. Daher wurde der Quotient aus dem Betrag der Kraft (F) und der gedrückter Fläche (A) als physikalische Größe eingeführt. Sie heißt Druck p (pressure). Dabei muss die Kraft normal auf die Fläche wirken. Druck = Kraft _____________ gedrückte Fläche p = F __ A Kraft = Druck × gedrückte Fläche F = p · A Die Einheit für den Druck ergibt sich aus den Einheiten für die Kraft und die Fläche. Nimmst du dafür Newton (N) und Quadratmeter (m2), erhältst du die Druckeinheit von 1N/m2 = 1 Pascal (Pa). Die Einheit des Drucks ist das Pascal1 (Pa). Der Druck beträgt 1 Pascal, wenn eine Kraft von 1N normal auf eine Fläche von 1m2 wirkt. 1 Pa = 1N/1m2 Ferner gilt: 100Pa = 1 Hektopascal (hPa) = 1 Millibar (mbar) 1000Pa = 1 Kilopascal (kPa) 100 000Pa = 100 kPa = 1 bar 2 37.2 Man drückt auf die große Fläche des Reißnagels (oben), damit die Spitze in das Holzbrett eindringt. 37.3 Unterschiedliche Einpresstiefe von zwei Holzquadern mit verschieden großen Grundflächen in einem Steckschwamm bei einer Belastung mit 7kg. Die untere Abbildung zeigt die unterschiedlichen Einpresstiefen. 37.1 „Fakir“ auf einem Nagelbrett Wie schafft es ein Fakir, auf einem Nagelbrett zu liegen? 1 Blaise Pascal (1523–1662), französischer Philosoph und Physiker 2 barys (griech.) … schwer Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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