Druck Lernstationen Druck und Wärme Druck=Kraft/Fläche Anwendungen mit Druck Auftrieb

Transkript

1 Druck Lernstationen Druck und Wärme 1. Druckänderung Wärme on mode 2. Kühlschrank 3. Spray Abkühlung Druck=Kraft/Fläche 4. Eisleiter 5. Nagel in Styropor 6. Druck von Fußspuren Anwendungen mit Druck F1 F2 7. Wagenheber A1 p A2 8. Druck-Ventil-Pumpe: das Herz 9. Blutdruck 10. Hydraulische Systeme Auftrieb 11. Kartesischer Taucher 12. Eisberge

2 1. Druckänderung und Wärme Wie kann man eigentlich die Temperatur am schnellsten messen? Ein Thermometer nimmt nur relativ langsam die Temperatur der Umgebung an. Aber es gibt noch einen anderen Trick um Temperatur zu messen, den z.b. die an das Ohr zu haltenden Fieberthermometer nutzen. Das funktioniert so: jeder Körper strahlt Lichtstrahlen ab. Bei etwa 500 C beginnen Körper rot zu glühen. Davor strahlen Körper in einem Bereich, den man Infrarot nennt und der von uns Menschen nicht wahrgenommen werden kann. Diese Strahlung verändert sich mit der Temperatur. Moderne Thermometer nehmen diese Strahlung auf und können anhand dieser Strahlung die Temperatur bestimmen. Bewegungsmelder funktionieren ebenfalls nach diesem Prinzip. In diesem Versuch sollt ihr mit einem solchen Thermometer die Temperatur messen. Dazu müsst ihr das Thermometer nur einschalten und für jede Messung den ON - Messknopf drücken. on mode 1. Messe mit dem Thermometer die Temperatur der Spritzenoberfläche. Verschließe bei ausgezogenem Kolben vorne die Spritze und erzeuge durch Drücken des Stempels einen Druck. Messe erneut die Temperatur. Notiere die Messwerte und wiederhole den Versuch einige Male. 2. Wiederhole den Versuch indem Du den Stempel eindrückst und anschließend den Stempel verschließt. Messe die Temperatur und ziehe den Stempel nach außen, so dass ein Unterdruck entsteht. Wiederhole auch diesen Versuch einige Male und protokolliere Deine Messwerte. 3. Welche Schlussfolgerung kannst Du aus diesem Versuch ziehen.

3 2. Kühlschrank Wenn eine Flüssigkeit verdampft, kühlt die Umgebung ab. Das liegt daran, dass die Gasteilchen sich viel schneller bewegen als Teilchen in einer Flüssigkeit. Es muss daher viel Energie (=Wärme) in die Teilchen gesteckt werden, die sich von einer Flüssigkeit in ein Gas begeben. Umgekehrt geben Teilchen Wärme ab, wenn sie vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergehen. Zum Beispiel kann man viel Energie (Wärme) sparen, wenn man bei Kochen einen Deckel verwendet, da dort der Wasserdampf kondensiert und seine Wärme wieder abgibt. Beim Kühlschrank nutzt man diese Effekte ebenfalls aus. Unter Druck wird ein spezielles Gas (Propan/Butan-Gemisch, wie es auch in Feuerzeugen verwendet wird) verflüssigt und dabei Wärme ab. An anderer Stelle verdampft Gas wieder, und der Umgebung wird Wärme entzogen. Dort kommt es zur Abkühlung. Funktionsprinzip des Kühlschranks Kühlschrankgas wird komprimiert, erhitzt und flüssig. Die Wärme wird nach außen abgegeben. Das verflüssigte Kühlschrankgas verdampft und kühlt darauf wieder ab. Diese Kälte entzieht dem Innenraum des Kühlschranks Wärme.. 1. Erkläre anhand der Zeichnung, wie ein Kühlschrank funktioniert. Erkläre, wo Wärme entsteht und wo Wärme aufgenommen wird. 2. Wieso wird es eigentlich in einem Raum wärmer, wenn sich dort ein Kühlschrank befindet?

4 3. Spray Abkühlung Nach einer Prellung sollte man die betroffene Körperstelle schnell kühlen, um eine Schwellung zu vermeiden und einen schnelle Heilung zu erreichen. Daher sollte man zu Hause immer einen Kühlgelbeutel im Eisfach haben. In der Schule findet sich ein solcher immer im Eisfach des Lehrerzimmers. Bei Fußballspielen sieht man manchmal noch eine andere Methode: Vereisungsspray. Die Wirkung beruht darauf, dass eine Flüssigkeit gesprayt wird, die ohne den Druck der Sprayflasche sofort verdampft und dabei die Umgebung abkühlt. Diesen Effekt kann man bei jeder Spraydose beobachten. Auch wenn das in der Dose komprimierte Gas nach außen kommt, erfolgt eine Abkühlung. 1. Messe mit dem Thermometer die Temperatur, die sich ergibt, wenn man die Spraydose kurz (2 Sekunden) betätigt. Richte die Spraydose dabei aus dem offenen Fenster. Der Thermofühler des Messgeräts befindet sich am Ende des Kabels. Achte auf das Vorzeichen der Anzeige die Temperaturen können durchaus unter 0 C sinken. Bitte führe den Versuch nur einmal durch. Notiere deine Versuchsergebnisse und erkläre sie. 2. Wenn man Autogas tankt, gibt es die Empfehlung Arbeitshandschuhe zu tragen, da beim Lösen des Schlauches Temperaturen von unter 30 C auftreten können. Beim Lösen des Schlauches g elangt immer etwas Autogas in die Umgebung. Erkläre die Kälteerscheinung.

5 4. Rettung Eisbrüchiger Bricht jemand im Eis ein, ist schnelle Hilfe gefragt, da ein Mensch Wasser bei 0 C nicht lange ertragen kann. Innerhalb weniger Minuten wird man bewusstlos und keine Möglichkeit sich selbst zu retten. Bei größeren Seen, wie z.b. am Aasee in Münster, findet man Eisleitern, die zur Rettung Eisbrüchiger dienen sollen. Sie sollen den Rettern helfen ohne im Eis einzubrechen sich dem im Eis Eingebrochenen zu nähern. Denn es hilft nicht viel, wenn die Retter am Eisloch ebenfalls einbrechen. Rettung bei zugefrohrenem See 1. Berechne den Druck, den ein Mensch mit 60kg Körpermasse auf das Eis ausübt, wenn ein Schuh die Maße von 8cm x 30cm hat. Bedenke, dass beim Gehen manchmal nur ein Fuß auf dem Boden ist. Vergleiche diesen Druck, mit dem Druck einer Leiter, die die Maße 40cm x 210cm hat (Körpergewicht ebenfalls 60kg, Leiter 10kg). 2. Ohne Leiter gelangen die Retter meist unbeschadet zum Eisloch und brechen beim Versuch den Eingebrochenen aus dem Wasser zu ziehen ein. Erkläre diese Beobachtung.

6 5. Druck von Fußspuren Ein Killer für jedes Parkett sind Stöckelschuhe, wogegen normale Schule in der Regel keine Eindrücke hinterlassen. Auf der anderen Seite kann man auf Pulverschnee am besten mit Schneeschuhen laufen, wo man mit normalen Schuhen einbricht. 1. Berechne den Druck, der von einem Schuh ausgeht, der eine Fläche von 7cm x 28cm hat und dessen Besitzer 70kg wiegt. 2. Vergleiche den oben berechneten Druck mit dem eines Stöckelschuhs. Bei diesem Schuh lastet ungefähr 60% auf dem hinteren Absatz, der eine Größe von etwa 2cm x 1cm hat und dessen Besitzerin 60kg wiegt. 3. Wie groß ist der Druck eines Schneeschuhs, wenn der Besitzer 70kg wiegt und dessen Fläche 60cm x 20cm beträgt?

7 6. Wagenheber Hydraulikwagenheber Vorratsbehälter F1 F2 A1 langer Weg kurzer Weg A2 Ventile p Ablassventil Druck = Kraft oder p = F Fläche A F1 A1 = F2 = p A2 1. An dieser Station kannst Du einen Hydraulikwagenheber ausprobieren. Zum Herunterlassen musst Du die Ventilschraube öffnen und den Stempel wieder herunterdrücken und die Ventilschraube wieder schließen. Die Ventilschraube lässt sich mit dem Ende des Hebels verdrehen. Die Ventilschraube sieht etwa so aus: 2. Mit dem Wagenheber kann man 2t=2000kg entspricht 20000N. Welche Kraft ist aufzuwenden, wenn der Stempel, der den Wagen hebt, eine Fläche von 20cm² und der zu drückende Stempel eine Fläche von 1cm² hat? 3. Versuche die Funktionsweise des Wagenhebers anhand der Zeichnung nachzuvollziehen. Überlege, wie sich die Ventile öffnen und schließen, wenn der Kolben bei F1 nach oben oder unten bewegt wird.

8 7. Druckventilpumpe: das Herz Auch unser Herz arbeitet mit Druck. Dieser kommt dadurch zustande, dass das Herz eigentlich ein Muskel ist, der sich zusammenziehen kann. Dabei wird das Blut zusammengedrückt: es entsteht ein Druck. Damit das Blut nicht einfach durch alle Adern aus dem Herz gepumpt wird, sondern nur durch die Arterien, hat auch das Herz Ventile: die Herzklappen. Gemessen wird der Blutdruck immer in Höhe des Herzens. Oberhalb des Herzens wird er geringer, weiter unten kommt zum Blutdruck der Druck der Säule des Blutes hinzu. in die Lunge aus der Lunge in den Körper aus dem Körper Das Herz ist in unmittelbarer Nähe zur Lunge, da für den Lungenkreislauf ein niedriger Blutdruck, der zudem durch einen eigenen Kreislauf gewährleistet wird, notwendig ist. 1. Erkläre anhand der Abbildung die Funktionsweise des Herzens und den Weg des Blutes. 2. Menschen mit angeborenen oder erworbenen Fehlern an der Herzklappe sind körperlich nur wenig belastbar. Erkläre diesen Befund. 3. Warum muss bei der Handgelenksmessung das Handgelenk leicht angehoben werden? Wie verändern sich die angezeigten Werte, wenn man die Hand hochhält und wie wenn man sie absinken lässt?

9 9. Blutdruck Eine der wichtigsten Kenngrößen unserer Gesundheit ist der Blutdruck. Die meisten Menschen sterben an Herz-Kreislaufkrankheiten und der Blutdruck bietet eine gut Kontrolle des Kreislaufsystems. Vor allem ein zu hoher Blutdruck birgt ein hohes Risiko. Ursachen für einen hohen Blutdruck sind vor allem Fettleibigkeit und Bewegungsmangel aber auch erbliche Veranlagungen. Man misst dabei zwei Werte, einen bei ungehindertem Blutfluss und einen bei gestauten Adern. 1. Messt Euren Blutdruck mit dem Blutdruckmessgerät. Sollte dieser relativ hoch sein, ist das noch kein Beweis für Bluthochdruck. Auch Aufgeregtheit während der Messung und vorherige körperliche Anstrengung beeinflusst das Ergebnis. Dann sollte man die Messung in einigen Abständen wiederholen. 2. Das Messergebnis wird in einer veralteten Messeinheit Torr angegeben. Rechne die Messwerte über den Dreisatz in bar und Pascal um. Dabei gilt: 1bar = Pa = 760 Torr

10 10. Hydraulische Systeme Während der Projektwochen haben Schüler dieses Modell für einen hydraulischen Kipper gebaut 1. Versuche nachzuvollziehen, wie das Modell für den Kipper funktioniert. 2. Überlege, warum man in der Technik keine Luft, sondern eine Flüssigkeit im hydraulischen System einsetzt. 3. Erkläre wie hydraulische Systeme funktionieren. 4. Nenne möglichst viele Anwendungen, bei denen im Alltag hydraulische Systeme eingesetzt werden.

11 11. Kartesischer Taucher 1. Drücke so auf die Flasche und beobachte was passiert. Achte dabei darauf, dass die Flasche immer senkrecht gehalten wird, damit die Luftblase das Reagenzglas nicht entweicht. 2. Erkläre alle Beobachtungen. 3. Vergleiche das System mit einer Schwimmblase eines Fisches.

12 12. Eisberge Aufgrund der Klimaveränderungen gehören die Eisberge zu den bedrohten Lebensräumen dieser Erde. Die majestätischen Riesen lösen sich langsam auf, was Überschwemmungen auf der ganzen Erde zur Folge hat. Was man von Eisbergen allerdings nur sieht, ist die Spitze des Eisbergs. Der Rest liegt unter Wasser. 1. Berechne die Dichte (Masse/Volumen)von Eis. Berücksichtige dabei, dass von einem Eisberg 10% seines Volumens aus dem Wasser ragt dass man aus dem Volumen des eingetauchten Anteils des Eisbergs auf seine gesamte Masse schließen kann: das gleiche Volumen Wasser hat die gleiche Masse wie der gesamte Eisberg wenn du nicht weiterkommst, gehe von einem Beispiel aus: ein Eisberg mit 1000l Gesamtvolumen, taucht mit 900l im Wasser. 2. Der Eisberg taucht in Süßwasser tiefer ein als in Salzwasser. Überlege, woran das liegt.