Hydr. Druck, Luftdruck

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Kasimir Martin
vor 7 Jahren
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1 Hydr. Druck, Luftdruck Den Begriff Druck verwenden wir oft im täglichen Leben. Wir hören im Zusammenhang mit den Wettervorhersagen täglich vom. oder. (z.b.oder..). Wir haben einen bestimmten.in unseren Wasserleitungen (er ist ca. ) Wir pumpen unsere Fahrradreifen mit einem Überdruck von ca Beim Auto drücken wir auf das Bremspedal und setzen dabei die Bremsflüssigkeit unter Druck. Dadurch erzeugen wir eine Wir blasen in ein Luftballon; der Druck breitet sich im Ballon (und in allen anderen Hohlkörpern auch!) nach allen Seiten aus. Ein Bagger hat mehrere Hydraulikzylinder. Durch den Druck p in den Zylindern kann er erzeugen. Je grösser der Druck., desto ist die Zylinderkraft und je grösser der Kolbendurchmesser (d.h. je grösser die Kolbenfläche A), desto ist die Zylinderkraft. Versuch: Der gleiche Stahlklotz wird auf die Hand gelegt; zuerst mit der kleinen Fläche; dann mit der grossen Fläche. Worin besteht der Unterschied? Falls du es nicht spürst, kannst du es mit einem spitzigen Bleistift versuchen! F G F G Beschreibe deine Feststellung: Wir empfinden einen bestimmten.. =..auf die Hand. Eigentlich darf man hier nicht von Druck sprechen sondern von einer =.. (Berührung zweier Flächen) Die Berechnungsformel ist jedoch die gleiche für Druck p und Flächenpressung p. Je grösser die Kraft desto,...der Druck Je grösser die Fläche desto, der Druck 1 kpt

2 Erklärung des Druckes mit Hilfe vom Teilchenmodell Grundformel 2 kpt

3 Einheiten beim Druck p 1. Aufgabe: Ergänze die Darstellung mit den Umrechnungszahlen. z.b.: ( 10) und (: 10) N cm 2 hpa Pa bar N 2 m mbar 3 kpt

4 2. Aufgabe: Auf eine Fläche von A = 20 cm 2 wirkt eine Kraft von F = 400 N. Berechne den Druck in den folgenden Einheiten: N/cm 2, N/m 2, bar, Pa, mbar, 3. Aufgabe: Welche Kraft in N wird in einem Hydraulikzylinder erzeugt, wenn der Druck p = 5' Pa beträgt und der Kolbendurchmesser d = 50 mm ist? 4. Aufgabe: Ein Kolben hat einen Durchmesser von d 1 = 100 mm der Druck ist p = 2 bar. Der Durchmesser wird nun verdoppelt auf d 2 = 200 mm. Der Druck p wird beibehalten. Um welchen Faktor vergrössert sich die Kolbenkraft F? 4 kpt

5 Druckausbreitung und Kolbenkraft An einem Behälter sind zwei Kolben angebracht. Der kleine Kolbendurchmesser beträgt d = 100 mm; der grosse Kolbendurchmesser beträgt d = 200 mm. Unter der Annahme, dass keine Kolbenreibung vorhanden ist, sind folgende Grössen miteinander zu vergleichen und zu beurteilen (, <, >, =...). F 1 F 2 W 1 d 1 d 2 W 2 s 1 s 2 2 p 1 p Durchmesser d 1. d 2 weitere Punkte = kurze Begründung Druck p 1.p 2 Kraft F 1.F 2 Verdrängtes Volumen V 1.V 2 Kolbenweg s 1.s 2 Arbeit W 1.W 2 1. Wie ist der Zusammenhang zwischen der Kraft F und dem Durchmesser A? 5 kpt

6 2. Wie ist der Zusammenhang zwischen der Kraft F und dem Weg s? Wichtige Erkenntnisse aus obigen Überlegungen: Die Kolbenkraft F verhält sich..zum Druck p. Doppelter Druck p =doppelte Kraft F Die Kolbenkraft F verhält sich.. zur Fläche A. Doppelte Fläche A =doppelte Kraft F Die Kolbenkraft F nimmt im zum Kolbendurchmesser d zu. Doppelter Durchmesser d = vierfache Kraft F Das Verhältnis von Kolbenkraft F 1 zu F 2 ist gleich dem Verhältnis der beiden Kolbendurchmesser im Das Verhältnis von Kolbenkraft F 1 zu F 2 ist gleich dem Kehrwert - Verhältnis der beiden.. 6 kpt

7 Der Luftdruck (= Atmosphärendruck) Aus der Chemie wissen wir, dass die Luft ein Gemisch ist aus verschiedenen chemischen Elementen. (. % ;. % ;. %; und. % ;) Jedes dieser Luftmoleküle hat eine bestimmte. die infolge der Erdbeschleunigung g von der Erde..wird. Das Eigengewicht der Lufthülle erzeugt also in der Luft einen bestimmten. (= Luftdruck). Weil die Erdbeschleunigung mit zunehmendem Erdabstand. wird, nimmt auch mit zunehmendem Abstand der Luftdruck. In der Nähe der Erdoberfläche gilt ungefähr: Mit je ca. 8 m Höhenunterschied ändert sich der Luftdruck ( = Atmosphärendruck ) um je. =.. Unter der Annahme, dass die Temperatur unabhängig von der Höhe h ist, so nimmt der Luftdruck p bei zunehmender Höhe h nach einer Exponentialfunktion ab. p= p e 0 ch p = Luftdruck in der Höhe h. P 0 = Luftdruck an der Eroberfläche. h = Höhe über der Meereshöhe e = Basis der nat. Zahlen. e = 2,71828 c = Konstante = 0,125 km -1 (bei 0 0 C und kpa) 5. Aufgabe: Berechne den Luftdruck (= Atmosphärendruck) in einer Flughöhe von h = 10'000m. 7 kpt

8 Wenn Du in einem Bergrestaurant einen Kaffee-Creme bestellst, fällt dir auf, dass der Kaffeerahmdeckel immer ausgebeult (siehe Skizze). Erkläre dieses Phänomen. K a f f e e R a h m Versuch: Ein Mohrenkopf wird unter eine Vakuum Glocke gestellt. Beobachte den Vorgang und erkläre in. Versuch Aus einem Plastiksack wird die Luft herausgezogen. Erkläre den Vorgang. 8 kpt

9 Absoluter Druck p abs, Luftdruck p amb, Überdruck p e, Unterdruck Unsere Umgebung empfinden wir als..wir wissen jedoch, dass auf der Erde ein bestimmter.. = herrscht. Der Luftdruck = Atmosphärendruck = p amb (amb wie Ambiente = Umgebung) ist abhängig von der =..und von der.. Der Mittelwert wird als Umgebungsdruck p amb bezeichnet und beträgt p amb = 1000 mbar = 1000 hpa = 1 bar. Bei Berechnungen wird meistens mit p amb = 1 bar gerechnet. Mit dem Barometer messen wir den Druck gegenüber dem absoluten Druck p abs. Wenn wir unseren Fahrradreifendruck überprüfen (Solldruck ca. 3 bar) messen wir nicht den absoluten Druck p abs sondern den Überdruck p e gegenüber dem äusseren Luftdruck (=Atmosphärendruck). Die Härte von einem Reifen wird durch den Überdruck p e bzw. durch die Druckdifferenz bestimmt und nicht durch den absoluten Druck. p abs = bar p abs = bar p abs = bar p abs = bar p abs = bar p abs = bar A b s o l u t e r Druck pabs Ü b e r d r u c k pe p e = bar p e = bar p e = bar p e = bar p e = bar p e = bar p abs = bar pamb p e = bar Aus der Darstellung ist der Zusammenhang zwischen p abs, p amb und p e erkennbar: oder p abs = p amb +p e p e = 9 kpt

10 6. Aufgabe: Bei einem Luftdruck von genau 1 bar pumpst du bei deinem Fahrradreifen bis der Manometer 3,8 bar anzeigt. Nach einer Woche kommt schlechtes Wetter (Tiefdruck; p amb = 880 mbar) und nach zwei Wochen kommt ein Hochdruck (p amb = 1050 mbar). Was ändert dabei an der Härte von deinem Fahrradreifen? Berechne den tiefsten und höchsten Überdruck p e während dieser Zeit. 7. Aufgabe: Mit welcher Kraft F muss gezogen werden, damit das Auto (Masse m=900kg) stehen bleibt? F 10 kpt

11 8. Aufgabe: ,9cm 2 3,6 cm 2 11 kpt

12 9. Aufgabe: 12 kpt

Der Hydrostatische Druck (unter Berücksichtigung der Schwerkraft) Wir haben erkannt, dass der Druck in jeder waagerechten Ebene innerhalb einer Flüssigkeit konstant ist, oder anders ausgedrückt: Der

13 Der Hydrostatische Druck (unter Berücksichtigung der Schwerkraft) Wir haben erkannt, dass der Druck in jeder waagerechten Ebene innerhalb einer Flüssigkeit konstant ist, oder anders ausgedrückt: Der Druck an allen Stellen gleicher Flüssigkeitshöhe ist.. Legen wir nun einen Quader an die Wasseroberfläche, dann ist der Druck p an seiner Stirnfläche =. Tauchen wir nun diesen Quader ins Wasser,..sich an seiner Stirnfläche der Druck, und zwar um die Tiefe bzw. Höhe = h. Der hydrostatische Druck nimmt somit..mit der Flüssigkeitsdichte und der Tiefe zu. 13 kpt

14 Der Gasdruck Gase lassen sich.. Wenn z.b. das Volumen auf die Hälfte verkleinert wird, so steigt der Druck auf den..wert. Das Produkt aus Volumen x Druck bleibt.. wenn gleichbleibende Temperatur vorausgesetzt wird (gilt für Absolutdruck). Wenn nicht anders vermerkt, wird ein Barometerstand von 1000hPa oder..angenommen. 10. Aufgabe: 14 kpt

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