Druck, Verformung, Fluide & Auftrieb

Die Wirkung von Druck und Verformung durch Kräfte

Eine Kraft kann eine Verformung in einem Körper verursachen. Die Erfahrung zeigt, dass die verformende Wirkung einer Kraft von ihrer Intensität und der Fläche abhängt, auf die sie wirkt.

Effekte in Fluiden

Fluide sind Substanzen, die fließen können (auch durch kleine Öffnungen). Sie haben keine bestimmte Form, sondern nehmen die Form des Behälters an, der sie enthält. Flüssigkeiten und Gase sind Fluide. Flüssigkeiten sind schwer zu komprimieren, während Gase komprimierbar sind.

Das Pascal'sche Prinzip

Der Druck, der auf einen Punkt einer eingeschlossenen Flüssigkeit ausgeübt wird, wird mit gleicher Intensität in alle Richtungen übertragen.

Kommunizierende Gefäße

Zwei oder mehr miteinander verbundene Behälter, die mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, erreichen in allen Behältern das gleiche Flüssigkeitsniveau. Je höher der Druck, desto größer die Flüssigkeitsmenge.

Hydrauliksysteme

Das Pascal'sche Prinzip ist die Grundlage für hydraulische Heber. Ein hydraulischer Heber besteht aus zwei zylindrischen Behältern mit unterschiedlichen Querschnitten, die miteinander verbunden und mit Flüssigkeit gefüllt sind. Jeder Zylinder hat einen beweglichen Kolben.

Atmosphärendruck und seine Messung

Der Atmosphärendruck ist die Kraft pro Flächeneinheit, die von der Atmosphäre auf die Körper in ihrem Inneren ausgeübt wird.

Experimenteller Nachweis des Luftdrucks

Der italienische Physiker Torricelli führte folgendes Experiment durch: Er füllte ein an einem Ende verschlossenes Glasrohr mit Quecksilber und tauchte es kopfüber in einen Eimer mit Quecksilber. Das Quecksilber im Rohr sank einige Zentimeter ab, blieb aber im Gleichgewicht bei einer Säulenhöhe von 76 cm. Der Druck der Flüssigkeitssäule wurde durch den Druck der Luft ausgeglichen. Damit war die Existenz des Atmosphärendrucks bewiesen.

Der Wert des Luftdrucks

Der mittlere Luftdruck auf Meereshöhe beträgt 101300 Pa.

Barometer

Geräte zur Messung des Luftdrucks werden als Barometer bezeichnet. Die am häufigsten verwendeten sind:

• Metallbarometer: Bestehen aus einer Metalldose, in der ein Vakuum herrscht. Die Dose verformt sich je nach dem Wert des Atmosphärendrucks. Diese Verformung wird durch eine Nadel gemessen, die an der Dose befestigt ist und auf einer Skala angezeigt wird.
• Quecksilberbarometer: Bestehen aus einem mit Quecksilber gefüllten Glasrohr, das den Wert des Atmosphärendrucks anzeigt.

Archimedes'sches Prinzip

Die Auftriebskraft

Körper, die in Wasser oder andere Flüssigkeiten eingetaucht sind, erfahren eine nach oben gerichtete Kraft (Auftrieb).

Archimedes'sches Prinzip (Auftriebsprinzip)

Archimedes entdeckte, dass der Betrag der Auftriebskraft, die auf einen in eine Flüssigkeit eingetauchten Körper wirkt, gleich dem Gewicht der vom Körper verdrängten Flüssigkeit ist.