Grundlagen der Physik: Mechanik und Fluide

Hookesches Gesetz: Elastizität

Wenn ein Objekt externen Kräften ausgesetzt wird, erleidet es Veränderungen in Größe, Form oder beidem. Diese Veränderungen hängen von der Anordnung der Atome und deren Bindung im Material ab.

Wenn ein Gewicht an einem Objekt zieht und es streckt, und dieses Objekt nach Entfernen des Gewichts wieder seine normale Größe annimmt, bezeichnet man es als elastischen Körper.

• Elastizität: Die Eigenschaft eines Objekts, seine Form bei Krafteinwirkung zu verändern und nach Wegfall der Verformung in die ursprüngliche Form zurückzukehren.
• Inelastische Materialien: Materialien wie Ton, Teig oder Blei, die sich dauerhaft verformen und nicht in ihre Ursprungsform zurückkehren.

Dichte

Die Dichte, meist mit dem griechischen Buchstaben ρ (Rho) symbolisiert und manchmal als spezifische Masse bezeichnet, beschreibt das Verhältnis der Masse zu einem bestimmten Volumen. Sie kann absolut oder relativ angegeben werden. Einfach ausgedrückt: Ein kleiner, schwerer Gegenstand wie ein Stein oder ein Stück Blei ist bei gleichem Volumen schwerer als ein leichter Gegenstand wie ein Korken oder Schaumstoff.

Druck

In der Physik ist Druck eine physikalische Größe, die die Kraft pro Flächeneinheit misst und die Wirkung einer resultierenden Kraft auf eine Oberfläche charakterisiert.

• Im Internationalen Einheitensystem (SI) wird Druck in Pascal (Pa) angegeben. Ein Pascal entspricht einem Newton pro Quadratmeter (N/m²).

Hydrostatischer Druck

Der hydrostatische Druck ist der Druck, der durch das Gewicht einer ruhenden Flüssigkeit entsteht. In einer ruhenden Flüssigkeit ist dies der einzige Druck; bei bewegten Flüssigkeiten kann zusätzlich ein hydrodynamischer Druck hinzukommen.

Luftdruck

Der atmosphärische Druck ist der Druck, den die Luft an einem beliebigen Punkt in der Atmosphäre ausübt. Dies bezieht sich meist auf die Erde, gilt aber für jede Atmosphäre eines Planeten oder Satelliten.

Die Erdatmosphäre hat auf Meereshöhe einen mittleren Druck von 1013,25 Hektopascal (hPa). In SI-Einheiten entspricht dies 101.325 N/m².

Pascalsches Prinzip

Das Pascalsche Gesetz, formuliert von Blaise Pascal (1623–1662), besagt: Ein Druck, der auf eine eingeschlossene, inkompressible Flüssigkeit ausgeübt wird, überträgt sich gleichmäßig auf alle Bereiche der Flüssigkeit und die Wände des Behälters.

Beispiel: Eine mit Wasser gefüllte Hohlkugel mit mehreren Öffnungen und einem Kolben zeigt, dass bei Druckausübung das Wasser mit gleichem Druck aus allen Öffnungen austritt.

Archimedisches Prinzip

Das Archimedische Prinzip besagt, dass ein Körper, der ganz oder teilweise in eine statische Flüssigkeit eingetaucht wird, eine Auftriebskraft erfährt. Diese Kraft ist gleich dem Gewicht der vom Objekt verdrängten Flüssigkeitsmenge. Die Kraft wirkt nach oben durch den Schwerpunkt der verdrängten Flüssigkeit und wird in Newton (N) gemessen.

Eigenschaften von Flüssigkeiten

Da die Strömungsmechanik Flüssigkeiten meist als Kontinuum betrachtet, ist es zweckmäßig, Masse und Gewicht auf ein bestimmtes Volumen zu beziehen. Daraus ergeben sich die Definitionen für Dichte und relative Dichte.