Druck, Luftdruck und Wasserdruck
Kräfte erzeugen Druck. Auch die Gewichtskraft von Luft und Wasser erzeugt gehörig Druck – aber was bedeutet das konkret für unseren Alltag? Hier erfährt man, warum manche Tiere auf großem Fuß leben und wie Schiffsschleusen funktionieren.
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Auf die Fläche kommt es an
Viele Tiere, die im Schnee leben, haben große Pfoten. Das bringt ihnen Vorteile. Auch der Mensch macht sich dieses Prinzip zunutze – mit Schneeschuhen. Das Prinzip lautet: Je größer die Fläche, auf die eine Kraft wirkt, umso geringer die Verformung.
Bei uns Menschen ist die Gravitation (Gewichtskraft) die Kraft, und die Standfläche ist die Fläche, die durch den Schneeschuh größer wird. Der Schnee verformt sich weniger, weil unser Gewicht auf einer größeren Fläche verteilt wird.
Der Druck auf den Schnee wird geringer, weil die Kraft auf einer größeren Fläche verteilt wird.
Druck ist definiert als Kraft pro Fläche:
Der Druck ist umso größer ...
- je größer die Kraft ist (bei gleicher Fläche)
- je kleiner die Fläche ist (bei gleicher Kraft)
Der Druck ist eine physikalische Größe mit einer abgeleiteten Einheit: Pascal
Die Einheit bar ist im Alltag aber viel gebräuchlicher als die SI-Einheit Pascal:
Die Einheit Pascal ist eine sehr kleine Druckeinheit, denn $$ 1\,Pa = \frac{1}{100\,000}\,bar $$.
Druck auf Fläche
Luft und Wasser machen Druck
Die Ursache des Luftdrucks ist das Gewicht der Luft.
Wenn wir einen hohen Berg besteigen, gibt es über uns weniger Luft (als auf Meereshöhe), die auf uns drücken kann. Auf dem Gipfel des Mount Everest (ca.
Beim Tauchen im Wasser drückt auf uns nicht nur die Luft, sondern zusätzlich auch noch das Wasser über uns.
Wasser ist viel schwerer als Luft. Deshalb steigt der Druck unter Wasser mit zunehmender Tiefe sofort stark an, nämlich alle
Gase (z. B. Luft) und Flüssigkeiten (z. B. Wasser) passen sich an jedes Gefäß an. Deshalb breitet sich auch der Druck überall gleich aus: Luft und Wasser drücken von allen Seiten gleich stark und sind nur von der Füllhöhe im Gefäß bzw. der Höhenlage abhängig.
Diese Eigenschaft von ruhenden Gasen und Flüssigkeiten wird Pascalsches Prinzip genannt.
Druck breitet sich in ruhenden Gasen und Flüssigkeiten nach allen Seiten aus und ist überall gleich groß.
Wenn die Wasserhöhe in jedem Gefäß gleich ist, ist auch der Druck auf dem Boden der Gefäße gleich. Das sogenannte hydrostatische Paradoxon hat früher viele Forscherinnen und Forscher beschäftigt. Der Beweis dafür ist leicht erbracht, indem man die Gefäße am Boden verbindet.
Bei verbundenen Gefäßen stellt sich derselbe Pegel ein, unabhängig von ihrer Form.
Druckmessung in verbundenen Gefäßen
Hier kannst du das Pascalsche Prinzip selbst ausprobieren. Fülle Wasser in die verschiedenen Gefäße und ziehe das Druckmessgerät auf unterschiedliche Stellen!
Diese Druckmessung wird von PhET, University of Colorado Boulder, zur Verfügung gestellt.Bei vielen Konstruktionen macht man sich das Pascalsche Prinzip zunutze, zum Beispiel:
- Schiffsschleusen in Flüssen
- Schlauchwaagen
- artesische Brunnen
