PH1 – Druck

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In der Physik ist der Druck nichts anderes als der Quotient aus der wirkenden Kraft F und der Fläche A, auf welche diese Kraft senkrecht einwirkt. 

Für ein optimales Verständnis helfen dir verschiedene Beispiele zu dem Thema. Dieser Lerntext ist ein Auszug aus unserem Onlinekurs PH1-Grundlagen der Physik.

 


Druck – Grundlagen


Druck

Der Druck p gibt an, mit welcher Kraft F ein Körper senkrecht auf eine Fläche A von einem Quadratmeter wirkt.

Die Gleichung für den Druck p ergibt sich aus dem Quotienten von Kraft F und Fläche A:

 

p = \dfrac{F}{A}     Druck

 

Innerhalb der Physik werden Kraft und Druck wie folgt voneinander abgrenzt: Die Kraft F gibt an, wie stark ein Körper auf einen anderen Körper einwirkt, p ist die Wirkung einer Kraft auf eine bestimmte Fläche A.

Merk’s dir!

Der Druck gibt an, mit welcher Kraft ein Körper auf eine Fläche von einem Quadratmeter wirkt.

 

Die Einheit des Drucks ist demnach Newton pro Quadratmeter [N/m²]. Diese Einheit wird zusammengefasst als Pascal [Pa] und ist die abgeleitete SI-Einheit des Drucks.

Der Druck p ist abhängig von der wirkenden Kraft und der Fläche, auf welche die Kraft wirkt. Betrachten wir dazu ein Beispiel.

 


Beispiel: Druckkraft berechnen


Beispiel: Druck berechnen
Beispiel: Druck

 

Gegeben seien die beiden obigen Kisten 1 und 2, die auf einer weichen Unterlagen stehen. Beide Kisten sind gleich groß und weisen das selbe Gewicht auf, nämlich m = 40 kg. Die Kiste 1 steht waagerecht, die Kiste 2 steht senkrecht auf der Unterlagen.

 


Was bedeutet das nun?


Beide Kisten üben dieselbe Kraft auf den Boden aus, weil beide Kisten gleich schwer sind (40 kg). Wir berechnen also zunächst dir wirkenden Gewichtskraft F_G, die wie folgt berechnet wird (Masse mal Erdbeschleunigung):

F_G = m \cdot g = 40 kg \cdot 9,81 \dfrac{m}{s^2} = 392,4 \dfrac{kg \; m}{s^2} = 392,4 N

Die Gewichtskraft F_G wird ausführlich in unserem Onlinekurs PH2-Einführung in die Statik behandelt.

 

Die wirkende Kraft ist also konstant. Als nächstes schauen wir uns die Fläche an, auf welche die Kraft wirkt. Die Kraft, die von der Kiste 1 ausgeht, ist über eine größere Fläche verteilt, als die der Kiste 2. Wir schauen uns die beiden Flächen an:

A_1 = 0,5m \cdot 1,5 m = 0,75 m^2

A_2 = 0,5 m \cdot 0,8 m = 0,4 m^2

 

Die Fläche der Kiste 1 ist größer, als die Fläche der Kiste 2. Wir berechnen nun die Druck, welches jeweils jede Kiste auf die Unterlage ausübt:

p_1 = \dfrac{F_G}{A_1} = \dfrac{392,4 N}{0,75 m^2} = 523,2 \dfrac{N}{m^2} = 523,2 Pa

p_2 = \dfrac{F_G}{A_2} = \dfrac{392,4 N}{0,4 m^2} = 981 \dfrac{N}{m^2} = 981 Pa

 

Der Druck, welchen die Kiste 1 auf den Boden ausübt ist kleiner, als derjenige, welchen die Kiste 2 auf den Boden ausübt. Grund dafür ist die Verteilung der Gewichtskraft F_G der Kiste 1 auf eine größere Fläche. Im Gegensatz dazu ist der Druck, welchen die Kiste 2 auf den Boden ausübt, größer als bei Kiste 1.  Die Gewichtskraft wird in diesem Fall auf eine kleinere Fläche verteilt.

Druck gleich Kraft pro Fläche

 


Beispiele zum Druck aus der Praxis


Du kannst den Druck also variieren, indem du zum Beispiel die Fläche änderst. Schauen wir uns mal einige praktische Beispiele aus dem Alltag an:

Druck auf Schnee
Druck auf Schnee

 

In der obigen Grafik siehst du Skifahrer auf dem Weg zur Piste. Das Körpergewicht der Skifahrer wird auf die Skier verteilt. Dabei haben die Skis eine so große Fläche, dass der Druck auf den Schnee so groß ist, dass die Skis nicht zu weit einsinken. In der nächsten Grafik siehst du genau das umgekehrte Beispiel:

Druck Fußballschuhe
Druck durch Stollen

 

Beim Fußball müssen die Fußballer bestimmte Schuhe tragen. Fußballschuhe sind mit Stollen ausgestattet, die sich an der Unterseite der Fußballschuhe befinden. Hier wird die Gewichtskraft der Fußballer nicht über die gesamte Fußsohle auf den Boden verteilt (wie bei normalen Schuhen), sondern über die Stollen auf den Boden übertragen.

Die Stollen haben nur eine kleine Kontaktfläche mit dem Boden.

Der Druck ist demnach auf den Stollen größer als auf der flachen Schuhsohle, da sich die Gewichtskraft auf eine kleinere Fläche verteilt. Dies ermöglicht das Einsinken der Stollen in den Boden, damit die Fußballer mehr Standfestigkeit (Grip) haben.

 


Merkregel zum Druck


Merk’s dir!

Du merkst dir nun also, dass der auf eine Fläche wirkende Druck umso größer (kleiner) ist,

  • je größer (kleiner) die auf die Fläche wirkende Kraft F ist,
  • je kleiner (größer) die Fläche ist.


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