PhysProf - Druck in Flüssigkeiten - Kraft - Fläche - Flüssigkeit

Fachthemen: Druck - Flüssigkeiten

PhysProf - Mechanik - Ein Programm zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte und naturwissenschaftlicher Grundlagen mittels Simulationen und 2D-Animationen für die Schule, das Abitur, das Studium sowie für Lehrer, Ingenieure und alle die sich für Physik interessieren.

Online-Hilfe für das Modul
zur Untersuchung des Verhaltens des statischen Drucks in Flüssigkeiten.

Dieses Teilprogramm ermöglicht die Durchführung interaktiver Analysen zu diesem Fachthema sowie eine Untersuchung der entsprechenden physikalischen Sachverhalte.

Es eignet sich auch als Begleitung zu Versuchen im Physikunterricht, unterstützt dabei ein tiefergehendes Verständnis zu diesem Themengebiet zu erlangen und kann zum Lösen vieler diesbezüglich relevanter Aufgaben eingesetzt werden.

 

Themen und Stichworte zu diesem Modul: Druck - Kraft - Auflagedruck - Druck berechnen - Fläche - Wasserdruck - Flüssigkeit - Flüssigkeiten - Verhältnis - Formel - Formelzeichen - Experiment - Naturwissenschaftliche Grundlagen - Physikalischer Druck - Wasser - Kolben - Hydraulisch - Hydraulische Presse - Hydraulische Systeme - Hydraulisches System - Hydraulik - Hydrauliksystem - Hydraulische Anlagen - Schweredruck - Gewichtsdruck - Hydraulischer Druck - Hydrostatisches Paradoxon - Druck in Flüssigkeiten - Pascalsches Gesetz - Pa - Pascal - Drücke - Druckausbreitung - Druckverteilung - Wirkung - Physik - Physikalisch - Gesetzmäßigkeiten - Physikalische Gesetze - Physikalische Formel - Physikalische Formeln - Kolbendruck - Flächenverhältnis - Bar - 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 100 - Durchmesser - Druckübersetzung - Druckübersetzer - Druckkraft - Druckkräfte - Hydraulik - Kraftübersetzung - Volumenverdrängung - Verdrängung von - Einführung - Arbeitsblatt - Arbeitsblätter - Unterrichtsmaterial - Unterrichtsmaterialien - Lernen - Erlernen - Aufgaben - Lösungen - Bild - Beispiel - Grafik - Berechnung - Rechner - Darstellen - Berechnen - Grafische Darstellung - Einheit - Bedeutung - Was bedeutet - Erklärung - Einfach erklärt - Beschreibung - Physikalische Einheit - Berechnungsformel - Versuch

    

Modul Druck in Flüssigkeiten

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Mit Hilfe des Programmteils [Mechanik I] - [Druck in Flüssigkeiten] kann das Verhalten des statischen Drucks in Flüssigkeiten untersucht werden.
 

Druck in Flüssigkeiten - Abbildung 1

Druck in Flüssigkeiten - Abbildung 2

Physikalische Gesetze beschreiben Zustände sowie die Änderungen physikalischer Systeme mit Hilfe erfassbarer Daten in Form definierter physikalischer Größen. Der Auflagedruck erteilt Auskunft darüber, mit welcher Kraft ein Körper senkrecht auf ein Flächenareal von 1 Quadratmeter wirkt. Als hydraulischer Druck wird die physikalische Größe bezeichnet, die mittels eines Fluids auf die inneren Begrenzungsflächen eines geschlossenen hydraulischen Systems übertragen wird.

Pascalsches Gesetz:

Das Pascalsche Gesetz besagt unter anderem, dass der Druck einer Flüssigkeit konstant ist. Der Druck in ruhenden Flüssigkeiten (z.B. Wasser) breitet sich in allen Richtungen gleichmäßig aus. Die vom Druck erzeugte Kraft (oder die druckerzeugende Kraft bzw. Druckkraft) steht stets senkrecht auf den Grenzflächen der Flüssigkeit.

Die Kräfte verhalten sich wie die Flächen auf die sie wirken:
 

bzw.
 

 
Hieraus kann gefolgert werden:
 

 

Hierbei sind:

p,p₁,p₂: Drücke [Pa]

F₁,F₂: Kräfte [N]

A₁,A₂: Flächen [m²]

d₁,d₂: Durchmesser [m]

Hinweis:
1 bar entspricht 100 000 Pascal.

Das Verhältnis A_1/A₂ der beiden Flächen A₁ und A₂ wird als Flächenverhältnis bezeichnet.
 
Die oben beschriebenen Sachverhalte liegen ebenfalls vor, wenn das System, wie nachfolgend gezeigt, angeordnet ist. Auch hier gilt: Die beiden Kräfte F₁ und F₂ verhalten sich wie die Quadrate der Kolbendurchmesser (bzw. wie die zugehörigen Flächen).
 

 
Als hydraulische Systeme oder Hydraulik werden Vorrichtungen (kraftumformende Einrichtungen) bezeichnet, die zur Übertragung von Kräften mittels Flüssigkeiten eingesetzt werden. In einem hydraulischen System (Hydrauliksystem) breitet sich der Druck p in alle Richtungen in gleicher Form aus.

Die Volumenverdrängung (das verdrängte Volumen) ergibt sich wie folgt:

V_v = A₁ ⋅ s₁ = A₂ ⋅ s₂

Gemäß der wirkenden Kräfte kann die hierbei verrichtete Arbeit berechnet werden. Es gilt:

W = F₁ ⋅ s₁ = F₂ ⋅ s₂

V_v: verdrängtes Volumen [m³]
A₁,A₂: Flächen [m²]
F₁,F₂: Kräfte [N]
s₁,s₂: Verschiebeweg [m]
W: verrichtete Arbeit [Nm]

Anwendung findet die oben beschriebene Gesetzmäßigkeit (diese Druckübersetzung und Kraftübersetzung) bei hydraulischen Hebeeinrichtungen wie z.B. Wagenheber, Hebebühnen oder anderen Druckübersetzern. Hydraulische Pressen setzen sich aus zwei Zylindern zusammen, die über unterschiedliche Durchmesser verfügen. Sie besitzen einen Kolben über den diese miteinander verbunden sind (siehe obige Abb.). Bei einer hydraulischen Presse wirkt auf die beiden Kolben derselbe Druck auf die verschieden großen Flächen des Kolbens (Kolbendruck), jedoch übt er auf diese unterschiedliche Kräfte aus.
 

Programmbedienung - Beispiel

 
Durch die Vorgabe verschiedener Ausgangswerte für Flächen und Massen, welche Sie durch die Positionierung der dafür vorgesehenen Rollbalken A1, A2, m1 und m2 festlegen, können Sie sich das Verhalten dieses Prinzips verdeutlichen.

 

Eine Simulation zur Analyse der Sachverhalte können Sie durchführen lassen, indem Sie die Schaltfläche Start bedienen. In den Anfangszustand zurückversetzen können Sie die Darstellung wieder durch die Bedienung der Schaltfläche Urzustand.
 

 
Aufgrund ihrer eigenen Gewichtskraft erfährt eine Flüssigkeit (z.B. Wasser) einen Schweredruck. Dieser beträgt je Meter Wasserhöhe ca. 10⁴ Pa. Bei Schweredruck handelt sich um den Druck (Gewichtsdruck), den ein Körper nur auf Grund der Gewichtskraft der sich über ihm befindenden Flüssigkeit, oder des sich über ihm befindenen Gases erfährt. Als Wasserdruck wird der hydrostatische Druck des Wassers bezeichnet, der mit zunehmender Wassertiefe zunimmt.
 

Es gilt:

p = G/A

G: Gewichtskraft der Flüssigkeit [N]
A: Fläche [m²]

oder:

p = ρgh

p: Schweredruck bei h [Pa]
h: Höhe der Flüssigkeitssäule [m]
ρ: Dichte der Flüssigkeit [kg/m³]
g: Fallbeschleunigung = 9,81 m/s²


Hydrostatisches Paradoxon:

Das hydrostatische Paradoxon besagt, dass der Bodendruck in einem mit ruhender Flüssigkeit befüllten Gefäß lediglich von der Flüssigkeitshöhe h, jedoch nicht von der Form des Gefäßes abhängt. Durch das Gewicht der Flüssigkeit wird an einem Punkt innerhalb dessen ein hydrostatischer Druck p gemäß

p(h) = ρ⋅g⋅h

erzeugt.

p: Schweredruck (hydrostatischer Druck) bei h [Pa]
h: Höhe des Flüssigkeitsspiegels [m]
ρ: Dichte der Flüssigkeit [kg/m³]
g: Fallbeschleunigung = 9,81 m/s²

Der hydrostatische Druck ist lediglich von der Tiefe unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche (der Höhe des Flüssigkeitsspiegels) abhängig. Die in einem Gefäß enthaltene Flüssigkeitsmenge (und somit deren Masse) ist hierbei nicht von Bedeutung und somit besteht gemäß des oben gezeigten Sachverhalts in diesem Fall keine Abhängigkeit des Drucks von der Füllmenge des Gefäßes.
 
  

 
Mit Hilfe dieses Programms lassen sich unter anderem Grafiken für Arbeitsblätter zur nichtkommerziellen Nutzung für Unterrichtszwecke erstellen. Beachten Sie hierbei jedoch, dass jede Art gewerblicher Nutzung dieser Grafiken und Texte untersagt ist und dass Sie zur Verfielfältigung hiermit erstellter Arbeitsblätter und Unterrichtsmaterialien eine schriftliche Genehmigung des Autors (unseres Unternehmens) benötigen.

Diese kann von einem registrierten Kunden, der im Besitz einer gültigen Softwarelizenz für das entsprechende Programm ist, bei Bedarf unter der ausdrücklichen Schilderung des beabsichtigten Verfielfältigungszwecks sowie der Angabe der Anzahl zu verfielfältigender Exemplare für das entsprechende Arbeitsblatt unter der auf der Impressum-Seite dieses Angebots angegebenen Email-Adresse eingeholt werden. Es gelten unsere AGB.
 

  
Dieses Programm eignet sich neben seinem Einsatz als Berechnungs- bzw. Animationsprogramm zudem zum Lernen, zur Aneignung entsprechenden Fachwissens, zum Verstehen sowie zum Lösen verschiedener Aufgaben zum behandelten Fachthema. Durch seine einfache interaktive Handhabbarkeit bietet es die auch Möglichkeit der Durchführung unterschiedlicher Untersuchungen hierzu. Es kann sowohl zur Einführung in das entsprechende Fachthemengebiet, wie auch zur Erweiterung des bereits hierzu erlangten Fachwissens genutzt werden.

Mittels der anschaulichen Gestaltung und leichten Bedienbarbarkeit der einzelnen Module dieser Software werden oftmals häufig gestellte Fragen mit den Anfangsworten Was ist?, Was sind?, Wie?, Wieviel?, Was bedeutet?, Weshalb?, Warum? zum entsprechenden Themengebiet auf verständliche Weise beantwortet und einfach erklärt sich durch dessen Benutzung vieles von alleine. Zudem liefert diese Applikation zu vielen gestellten Fragen eine verständliche Antwort, Beschreibung und Erklärung.
 

Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Mechanik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Elektrotechnik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Optik - Kurzinfos zum Themengebiet Thermodynamik sowie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zu sonstigen Themengebieten.

 

 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Druck zu finden.

 

 

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4-Takt-Ottomotor - Impulssatz - Gleichförmige und gleichförmig beschleunigte Bewegung - Bewegung und Geschwindigkeit - Geschwindigkeit und Beschleunigung - Wellen - Ideale Strömung - Kinetische und potentielle Energie - Brownsche Bewegung - Molekularbewegung - Harmonische Schwingungen - Kreisbahnbewegung - Auftrieb - Geneigte Ebene - Freier Fall - Waagerechter und schiefer Wurf - Pendel - Chaos-Doppelpendel - Gedämpfte mechanische Schwingung - Rolle und Flaschenzug - Balkenwaage - Hebelgesetz - Zweites Newtonsches Gesetz - Drittes Newtonsches Gesetz - Mechanische Arbeit - Hookesches Gesetz
 

 

Unterprogramm Druck in Flüssigkeiten
 

 

PhysProf 1.1 - Unterprogramm RLC-Kreis
 

MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven in Parameterform
 

SimPlot 1.0 - Grafik-  und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke

    

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