Hydrostatischer Druck mit measureapp (Artikelnr.: P00868) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-0 Lehrplanthema: Mechanik Unterthema: Mechanik der Flüssigkeiten Experiment: Hydrostatischer Druck mit measureapp Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 0 Minuten 0 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Tablet mit "measure" App Schlagwörter: hydrostatischer Druck, Atmosphärendruck, Pascalsches Gesetz Lehrerinformation Hinweis: Die Schüler sollen die Richtungsunabhängigkeit des hydrostatischen Druckes (als Aufdruck, Seitendruck und Bodendruck bezeichnet) mit Hilfe von drei Messsonden messtechnisch erfassen. Darüber hinaus sollen sie die Abhängigkeit des hydrostatischen Druckes von der Eintauchtiefe messen und in einem Diagramm darstellen. Zur Messung dient die Messsonden, welche über ein Schlauchstück mit der Metallolive des Drucksensors verbunden werden. Zwischen den Eintauchtiefe und dem hydrostatischen Druck besteht ein linearer Zusammenhang. Der Druck vor Eintauchen der Messsonde ist der Luftdruck. Soll nur der proportionale Zusammenhang zwischen dem hydrostatischem Druck und der Eintauchtiefe gemessen werden, kann der Druck vor Beginn der Messung auf 0 gesetzt werden: "Auf Null setzen" auswählen. Da der hydrostatische Druck außer von der Eintauchtiefe auch von der Dichte der verwendeten Flüssigkeit abhängt, gilt im tarierten Fall:. Soll das Pascalsche Gesetz gezeigt werden, wird nicht tariert. Hier gilt, wobei der Luftdruck auf der Wasseroberfläche ist.
Einführung Welcher Druck herrscht in Wasser? Wenn man einen Tauchschein macht, lernt man unter anderem, wie wichtig es ist, darauf zu achten, welcher Umgebungsdruck gerade herrscht. Nur so kann man seinen eigenen Körper vor dauerhaften Schäden retten. Warum das so ist, erklärt der hydrostatische Druck des Wassers, der sich von dem in unserer Atmosphäre vorherrschenden Druck unterscheidet. Dabei nimmt er zu, je tiefer man sich als Taucher in das Wasser begibt. Dies kennst du vielleicht schon aus dem Schwimmbad, wo du je nach Beckentiefe einen unterschiedlichen Druck auf den Ohren spüren kannst. Material Aufgabe Position Material Bestellnr. Menge Cobra4 Wireless/USB-Link 260-0 2 Cobra4 Sensor-Unit Pressure, absolut 7 bar 2647-00 3 Stativfuß, variabel 0200-00 4 Stativstange Edelstahl 8/8, l = 600mm, d = 0mm 02037-00 5 Doppelmuffe 02043-00 6 Universalklemme, Stellschraube an beweglicher Seite 3775-00 7 Sonden für hydrostatischen Druck 02634-00 8 Becherglas BORO 3.3, 600 ml, niedrige Form 46056-00 9 Silikon-Schlauch, Innen-d = 8 mm, lfd. m 4753-00. Deine Aufgabe ist es nun zunächst, herauszufinden, ob der Druck von der Richtung anhängt, in der man misst. 2. Anschließend misst du den hydrostatischen Druck in Abhängigkeit von der Tiefe h.
Aufbau und Durchführung Aufbau Baue den Versuch nach Abb. auf. Stecke dazu den Stativfuß zusammen und befestige die Stativstange daran. Setze die Doppelmuffe auf. In dieser wird ebenfalls die Universalklemme festgesteckt. Stecke deinen Cobra4 Drucksensor auf das "Wireless-Link". Und schalte es ein. Auf der Metallolive des Drucksensors wird ein Stück Siliconschlauch befestigt. Klemme nun das "Wireless-Link" mit dem Schlauch nach unten in der Universalklemme fest. Fülle das Becherglas mit Wasser. Verwende zur Messung des Druckes in verschiedenen Richtungen die. hakenförmig gebogene Sonde (Bodendruck) 2. gerade Sonde (Aufdruck) 3. rechtwinklig gebogene Sonde (Seitendruck) Abb. : Versuchsaufbau
Durchführung Richtungsabhängigkeit des hydrostatischen Druckes: Verbinde dein Tablet mit dem "Wireless-Link" und öffne die "measure" App. Wähle dort den angeschlossenen Sensor aus und gehe dann auf die Digitalanzeige. Der Druck, der dort nun angezeigt wird, entspricht dem Umgebungsdruck. Verbinde die hakenförmig gebogene Sonde mit dem Schlauchstück. Tauche dann die Messsonde 5 cm tief in das Wasser ein (beachte dabei die Markierungen auf der Sonde). Notiere den angezeigten Werte und notiere ihn in Tabelle im Protokoll. Wiederhole anschließend die Messung noch zwei weitere Male. Verbinde nun die gerade Sonde mit dem Drucksensor. Tauche die Messsonde 5 cm tief in das Wasser ein. Notiere den Messwert in Tabelle. Wiederhole die Messung anschließend noch zweimal. Als letztes verbinde die rechtwinklig gebogene Sonde mit dem Drucksensor. Tauche die Messsonde 5 cm tief in das Wasser ein (das Wasser darf dabei bis etwas zur Hälfte im geraden Schenkel ste-hen). Notiere den Messwert in Tabelle. Wiederhole auch diese Messung zweimal. Abhängigkeit des hydrostischen Druckes von der Eintauchtiefe: Verwende für diesen Versuchsteil die gerade Sonde. Verbinde sie mit dem Drucksensor. Senke die Sonde zentimeterweise von -0 cm in das Wasser ein und lies für jede Eintauchtiefe den angegeben Druck auf deinem Tablet ab. Trage die Werte in Tabelle 2 ein. Beobachtung und Ergebnis Gehe ins Protokoll und trage dort deine Ergebnisse ein. Beantworte zusätzlich die gestellten Fragen zur Auswertung des Versuches.
Protokoll: Hydrostatischer Druck mit measureapp Beobachtung - Tabelle Trage in Tabelle die gemessenen Werte für den Aufdruck, Seitendruck und Bodendruck ein. Tabelle : Richtung des Druckes bei einer Eintauchtiefe von = 5 cm Druck p [hpa] p [hpa] p [hpa] Bodendruck Aufdruck Seitendruck Beobachtung - Tabelle 2 Trage in Tabelle 2 die Werte des hydrostatischen Druckes in Abhängigkeit der Eindringtiefe ein. Tabelle 2: Hydrostatischer Druck h [cm] 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 p [hpa] ±
Number.0 Hydrostatischer Druck p [hpa] 0.5 0.0-0.5 -.0 - -0.75-0.5-0.25 0 0.25 0.5 0.75 Eintauchtiefe h [cm] Auswertung - Frage Unterscheiden sich Aufdruck, Bodendruck und Seitendruck bei gleicher Eintauchtiefe voneinander (vgl. Tabelle )?
Auswertung - Frage 2 Welche Beziehung besteht zwischen der Eintauchtiefe und dem hydrostatischen Druck (s. Graph zu Tabelle 2)? Auswertung - Frage 3 Welche Aussagen kannst Du nach den Messungen über den hydrostatischen Druck machen?