von Pia, Paul, Jana und Sarah
Der Zusammenhang zwischen Druck und Kraft wird in folgender Formel ausgedrückt:
Luftdruck:
Jede Schülerin und jeder Schüler ist dauerhaftem Druck ausgesetzt. Nicht nur dem Notendruck, sondern auch dem physikalischen Druck. 😉 Dieser beschreibt die Wirkung einer Kraft auf eine bestimmte Fläche. Es kommt oft vor, dass der Druck und die Kraft vertauscht oder verglichen werden, jedoch gibt es einen großen Unterschied, denn die Kraft gibt an, wie stark ein Körper auf einen anderen einwirkt. Ihre SI-Einheit lautet Pascal. Angegeben wird er jedoch meist in bar, 105 Pascal entsprechen 1 bar. Somit sind wir einem dauerhaften Luftdruck von 1 bar ausgesetzt. Dieser ändert sich je nach Position des Gegenstandes in der Erdatmosphäre, beispielsweise ist man auf der Zugspitze einem Druck von nur 0,7 bar ausgesetzt.
Zusammenhang zwischen Druck und Kraft:
Ist der Druck, der wegen der Gewichtskraft der Luftsäule oberhalb eines Körpers auf diesen Körper wirkt. Die Position des Gegenstandes beeinflusst den Luftdruck auf den Gegenstand.
Spritzenexperiment:
Materialien: zwei verschieden große Spritzen, ein Plastikschlauch, Klebeband
Beschreibung: Im unten angeführten Bild kann man sehen, wie der Versuch aufgebaut ist. Dann füllt man den Schlauch und die Spritzen ohne Luft auf. Drückt man nun eine Spritze hinein, geht die andere hinaus. So funktioniert unter anderem auch eine Hebebühne. Versucht man nun, beide Spritzen gleichzeitig hineinzudrücken, kann man beobachten, dass sich die Kleinere leichter hineindrücken lässt als die Große. Das kommt daher, dass die Formel für den Druck die Fläche (Formelzeichen A) beinhaltet. Da die Fläche bei der kleinen Spritze kleiner ist als bei der großen, ist dementsprechend der Druck bei gleicher Kraft größer (indirekte Proportionalität).
Magdeburger Halbkugeln:
Materialien: Vakuumpumpe, Magdeburger Halbkugeln
Beschreibung: Mithilfe der Vakuumpumpe wird ein Großteil der Luft aus den Kugeln gepumpt (ein perfektes, d.h. 100-prozentiges Vakuum lässt sich selbst mit einer optimalen Pumpe nicht erreichen). Danach probiert man, sie auseinander zu ziehen. Was vielleicht auf den ersten Blick leicht aussieht, ist beim Probieren dann doch etwas schwieriger. Man kann sich ausrechnen, wieviel Kraft benötigt wird, um sie auseinander zu ziehen. Wenn man die Formel von oben nimmt und die Werte unserer Kugel einsetzt und danach die Formel umformt, kommt 100000 Pa ⋅ 0,00636 m2 = 636 N heraus.
Schwedenbombenexperiment
Materialien: Vakuumpumpe, Schwedenbomben
Beschreibung: Durch die Verwendung der Vakuumpumpe werden die Schwedenbomben von einen luftarmen Raum umgeben. Der Schaum enthält eine große Menge an Luft, die sich durch das Vakuum und damit das Fehlen eines Drucks von außen ausdehnt. Wenn man nun wieder Luft einströmen lässt, fällt der Schaum aufgrund des außen herrschenden Luftdrucks zusammen.
Folgendes Video visualisiert das Experiment:
Zusammenfassend kann also festgehalten werden, dass der Druck trotz der negativen psychologischen Wirkungen etwas Alltägliches ist, er aber auch durch faszinierende und gleichzeitig spannende Experimente erforscht werden kann. Ohne ihn würde es kaum Lebewesen geben, denn gäbe es keinen Umgebungsluftdruck, würde mit der menschlichen Lunge genau dasselbe passieren wie mit der Schwedenbombe, was aber nicht so gut schmeckt…
Quellen:
Anon.: Der Druck in Physik. https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/der-druck?msclkid=16e0ad85c49011eca6fb8fb295f6e88a# (Zugriff: 25.04.2022)
Anon.: Mechanik. Druck. https://www.leifiphysik.de/mechanik/druck-und-auftrieb/grundwissen/druck?msclkid=16e000e0c49011ec8117477eac07a095 (Zugriff: 25.04.2022)
Anon.: Mechanik. Luftdruck. https://www.leifiphysik.de/mechanik/druck-und-auftrieb/grundwissen/luftdruck?msclkid=0fb2c86ac49211ec9e104fd4affbf4f4 (Zugriff: 25.04.2022)
Fotocredit: © by the ScienceBlog Team
reviewed and extended by Michael Himmelbauer