Druck

Heute im PHYSIKUNTERRICHT: Typische Drücke ✔ | Rechenbeispiele ✔

Die Blöcke A und B ruhen auf einem weichen Untergrund. Beide wiegen das gleiche und üben die gleiche Kraft auf den Boden aus. Aber die Kraft, die von Block B ausgeht, ist über eine größere Fläche verteilt, die Kraftwirkung auf jeden einzelnen Quadratmeter reduziert wird. Der Druck unter Block B ist kleiner als der unter Block A.


Schwere Blöcke

Für eine rechtwinklig zu einer Oberfläche wirkende Kraft wird der Druck wie folgt berechnet:


Druck = $\large {\mathsf {\tfrac {Kraft}{Fläche}}}$


In Symbolen:


$\mathrm p \ = \ \frac {F}{A}$


Wenn die Kraft in Newton (N) und die Fläche in Quadratmetern (m2) angegeben wird, so wird der Druck in Newton pro Quadratmeter ($\mathrm {\smash{\tfrac {N}{m^2}}}$) angegeben. 1 $\mathrm {\smash{\tfrac {N}{m^2}}}$ ist 1 Pascal (Pa).


Wenn eine Kraft über eine Fläche verteilt wird beträgt der Druck
100 N 1 m2 100 Pa
100 N 2 m2 50 Pa
100 N 0,2 m2 500 Pa
200 N 0,2 m2 1000 Pa

Für die meisten Druckmessungen ist das Pascal eine sehr kleine Einheit. In praktischen Situationen ist es oft bequemer, das Kilopascal (kPa) zu verwenden. 1 kPa = 1000 Pa.


Erhöhung des Drucks durch Verkleinerung der Fläche Verkleinerung des Drucks durch Erhöhung der Fläche
Stollen unterm Fussballschuh Ski mit Skischu
Die Bolzen auf einem Fußballstiefel haben nur einen kleinen Kontaktbereich mit dem Boden. Der Druck unter den Bolzen ist hoch genug, damit sie in den Boden sinken, was extra Griff gibt. Skis haben eine große Fläche, um den Druck auf den Schnee zu reduzieren, damit sie nicht zu weit sinken.
Messer schneidet Karotte Finger drückt Reisnagel in Holt
Die Fläche unter dem Rand eines Messerblattes ist extrem klein. Darunter ist der Druck hoch genug, damit die Klinge leicht durch das Material schieben kann. Unter dem winzigen Bereich der Spitze eines Ziehstiftes ist der Druck viel zu hoch für das Holz zu widerstehen.

Typische Drücke


Rechenbeispiele

Beispiel 1


Der Winddruck auf die Mauer beträgt 100 Pa. Wenn die Mauer eine Fläche von 6 m2 hat, wie groß ist die Kraft, die auf sie wirkt?


Um dieses Problem zu lösen, musst du die Formel für den Druck umstellen:

Windkraft wirkt auf eine Mauer

$p \ = \ \frac {F}{A} \big | \cdot A$

$p \ \cdot \ A \ = \ F$

$\mathrm {100 \ Pa \ \cdot \ 6 \ m^2 \ = \ 600 \ N}$

Also beträgt die Kraft, die gegen die Mauer drückt, 600 N.

Beispiel 2


Ein Betonblock hat eine Masse von 2600 kg. Wenn der Block die Abmessung 0,2 m $\cdot$ 1,0 m $\cdot$ 2,0 m hat, was ist der maximale Druck, den er auf den Boden ausüben kann?


kleiner Betonblock

Weil g = 10 $\mathrm {\smash{\tfrac {N}{kg}}}$, hat der Betonblock mit einer Masse von 2600 kg ein Gewicht von 26.000 N, so dass die Kraft, die auf den Boden wirkt, auch 26.000 N ist.

Um den maximalen Druck auszuüben, muss der Block auf der Seite mit der kleinsten Fläche liegen. Diese Seite hat die Abmessung 1,0 m $\cdot$ 0,2 m und somit eine Fläche von 0,2 m2.

Damit:

Druck = $\large {\mathsf {\tfrac {Kraft}{Fläche}}}$

$\mathrm {p \ = \ \tfrac {26.000 \ N}{0,2 \ m^2} \ = \ 130.000 \ Pa}$

So beträgt der maximale Druck des Betonblocks auf den Boden 130.000 Pa oder 130 kPa.


Fragen

1. Eine Kraft von 200 N wirkt auf eine Fläche von 4 m2.

  1. Welcher Druck wird erzeugt?
  2. Was hoch ist der Druck, wenn die gleiche Kraft auf die Hälfte der Fläche wirkt?

Richtig ist:

  1. 50 Pa
  2. 100 Pa

2 Welche Kraft wird erzeugt, wenn ...

  1. ... ein Druck von 1000 Pa auf eine Fläche von 0,2 m2 wirkt?
  2. ... ein Druck von 2 kPa auf eine Fläche von 0,2 m2 wirkt?

Richtig ist:

  1. 200 N
  2. 400 N

Richtig ist:

Die dicken Reifen des Traktors verteilen sein Gewicht auf eine größere Fläche

4. Ein rechteckiger Block mit einer Masse von 30 kg hat die Abmessungen 0,1 m $\cdot$ 0,4 m $\cdot$ 1,5 m.

  1. Berechne das Gewicht des Blocks
  2. Zeichne ein Diagramm, um zu zeigen, wie der Block liegen muss, um den größten Druck auf den Boden auszuüben. Berechne diesen Druck.
  3. Wie muß der Block liegen, um den kleinsten Druck auf den Boden auszuüben. Berechne diesen Druck.
  1. 300 N
  2. 7500 Pa
  3. 500 Pa

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