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Druckphänomene
Ein alltägliches Phänomen neu entdeckt
Hinter dem Wort „Druck“ verbirgt sich nicht nur ein physikalischer Begriff, den man als Quotient aus Kraft F und Fläche A definieren und dann mit dem Buchstaben p abkürzen kann, sondern vielfältige Phänomene, die uns im Alltag begegnen. Hoch- und Tiefdruckzonen bestimmen unser Wetter, Saugnäpfe halten unsere Handtücher, Maschinen bewegen mit hydraulischen Einrichtungen schwere Lasten, Flugzeuge und Heißluftballons fliegen, Taucher dürfen nur langsam auftauchen und Winde lassen im Herbst unsere Drachen am Himmel stehen. Dies ist nur ein kleiner Einblick in Gebiete, in denen der Druck eine große Rolle spielt.
Wirkt eine Kraft F auf eine Fläche A, so nennt man den Quotienten den Druck:
Die physikalische Einheit des Drucks ist somit Newton pro Quadratmeter. Zu Ehren des französischen Physikers Blaise Pascal, wurde dieses Einheit „Pascal“ genannt:
Diese Einheit ist sehr klein, denn ein Druck von einem Pascal ist etwa so groß wie der Druck, der von einer Tafel Schokolade ausgeübt wird, wenn man sie auf einem Quadratmeter verteilt. In der Praxis gebräuchlicher ist deshalb die Einheit „bar“, es gilt :
In den vier kleinen Videosequenzen könnt ihr sehen, welche Wirkungen der Druck ausüben kann; zu jedem Film gibt es eine kurze schriftliche Erklärung:
Das Wasser in der Dose wird bis zum Sieden erhitzt. Der entstehende Wasserdampf entweicht und die Luft in der Dose erwärmt sich. Durch das ruckartige Abkühlen mit Wasser, zieht sich die Luft in der Dose schnell zusammen. Die Luftteilchen in der Dose bewegen sich jetzt langsamer und brauchen weniger Platz, deshalb stoßen sie nun weniger häufig an die Innenwände der Dose als vorher. Dadurch üben sie auch weniger Kraft von Innen auf die Dose aus, der Druck sinkt. Außerhalb der Dose allerdings herrscht der normale Luftdruck, der dadurch entsteht, dass die Luftteilchen sich bewegen und so auch überall anstoßen. Dieser äußere Luftdruck ist größer als der Druck innerhalb der Dose, man spricht deshalb von einem Über- bzw. Unterdruck. Durch diesen Überdruck wirkt nun von Außen eine größere Kraft als von Innen auf die Dose, weshalb die Dose zusammengedrückt wird.
Die Kerzenflamme erwärmt die Luft im Glas. Die Luft dehnt sich aus und entweicht nach unten. Nach kurzer Zeit erlischt die Flamme, da der Sauerstoff aufgebraucht ist. Die Luft kühlt sich wieder ab und zieht sich zusammen. Jetzt haben wir die Situation wie bei der Dose zuvor. Der äußere Luftdruck ist größer als der Druck innerhalb des Glases, deshalb wird das Wasser von außen in das Glas gedrückt und die Kerze beginnt zu schwimmen.
Die mit Brausepulver und einer Wasserbombe gefüllte und fest mit einem Korken verschlossene Plastikflasche wird so auf den Boden geschlagen, dass die Bombe platzt (dies geling, weil in dem Korken ein Nagel steckt) und das Wasser austreten kann. Das Wasser verbindet sich mit dem Pulver und es entsteht Kohlendioxid. Genau das Gleiche passiert, wenn du zu Hause eine Brausetablette in ein Glas Wasser gebt, die aufsteigenden Gasblasen bestehen aus Kohlendioxid. Dieses Gas kann nicht aus der Flasche hinaus, da sie ja verschlossen ist. Je mehr Gas entsteht, desto größer wir der Druck in der Flasche, weil ja immer mehr Gasteilchen an die Wände der Flasche stoßen und eine Kraft ausüben. Irgendwann ist der Druck so groß, dass der Korken herausgestoßen wird und die Flasche wie eine Rakete nach oben schießt. Übrigens nennt man dies das Rückstoßprinzip. Bei richtigen Raketen funktioniert es ähnlich, es wird Treibstoff verbrannt und die Abgase nach unten ausgestoßen, dadurch bewegt sich die Rakete nach oben.
Der Schaumkuss befindet sich innerhalb einer Glasglocke. Diese Glocke steht auf einer Pumpe, die die Luft aus der Glocke heraussaugt. Je mehr Luft abgepumpt wird, desto weniger Luftteilchen treffen auf den Schaumkuss, der äußere Druck verringert sich. Innerhalb des Schaumkusses befindet sich auch Luft, welche einen Druck nach außen hin ausübt. Ist dieser Druck größer als der äußere Druck, bricht die Schokoladenschicht auf und der Schaumkuss dehnt sich aus.
Text und Videos: Andree Fuhrig
2004-09-01, sb