Die Sache mit dem Druck...

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Die Sache mit dem Druck...

Beitragvon nocheinPoet » Mittwoch 6. Oktober 2010, 13:58

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Es geht hier um die Frage was Druck oder Luftdruck ist, und welche Kraft ein Vakuum hat. Es gibt zumindest einen Menschen auf der Welt, der glaubt, man könnte auf der Erde eine Wand die in einem Raum ist mit keiner Kraft aus diesem bewegt. Denn im Raum würde ein „Unterdruck“ entstehen, da wären dann eben 0 Bar und der „Außendruck“ würde so einen Raum einfach zerdrücken. Man kann auch mit 5000t Gewichtskraft an der Wand ziehen, man bekommt die nicht bewegt.

Bild

Abb.1


Wir haben also unbewegliches in Beige, ein Seil in Grau, zwei Rollen in Rot und zwei Schallen in Blau. Das ganz helle Blau im Hintergrund ist die Luft. Der Luftdruck beträgt genau 1 Bar und das sind 10,3t/m². Weil „Gewichtskraft“ für viele einfacher zu verstehen ist, schreibe ich das nicht in Newton pro Fläche. Die Schalen sind genau 1m breit und haben eine Dicke von 10cm. Beide Schalen wiegen auch dasselbe.

Die Luft drückt nun die rechte Schale in den Raum. Die Frage ist, wie viel an Gewicht muss man auf die linke Schale stellen, damit die rechte Schale aus den Raum gezogen wird, und die linke auf dem „Klotz“ zu liegen kommt. Ich sage, man muss nur etwas mehr als 10,3t auf die linke Schale stellen und schon zieht man die rechte aus den Raum. Die andere Aussage ist, auch wenn ich 5000t auf die linke Schale stelle, ich kann die rechte nicht aus den Raum ziehen. Dazu ein Bild:

Bild

Abb.2


Die schwarzen Quadrate sind die Gewichte auf der linken Schale und das Weiß im Raum auf der rechten Seite zeigt nun, dass dort keine Luft drin ist, dort sind also 0 Bar. Die eine Aussage ist nun, das Bild wäre nicht möglich, egal wie groß man die Gewichte auch auf der linken Seite macht, man kann die rechte Schale nicht bewegen. Das wollen wir nun mal versuchen zu klären. Dazu verändern wir das Bild und nehmen mal ein paar Dinge weg:

Bild

Abb.3


Wir haben die Luft weggenommen, die Gewichte auf der linken Seite, und die Seitenwände des Raums auf der rechten Seite. Nun stellen wir mal ein Gewicht von 1 Tonne auf die rechte Schale:


Bild

Abb.4


Die Gewichtskraft auf der rechten Seite zieht nun die Schale nach unten. Um die Schale wieder den 1m anzuheben, müssen wir nun auf der linken Seite einfach ein Gewicht von etwas mehr als 1 Tonne stellen, danach recht aber eine Tonne um beide Seiten in „Waage“ zu bleiben. Hier das Bild mit beiden Seiten wieder in Waage:

Bild

Abb.5


Bisher ist alles ganz einfach, nun bringen wir mal die Seitenwände auf der rechten Seite wieder an:

Bild

Abb.6


Da passiert nun natürlich nichts weiter, darum nehmen wir die Gewichte nun auf der linken Seite mal weg:


Bild

Abb.7


Was soll nun groß anderes passieren, die rechte Seite geht nach unten. Bis hierher sollte keiner ein Problem haben. Nun stellen wir die Gewichte wieder auf die linke Seite und machen mal die Seitenwände auf der rechten Seite höher:

Bild

Abb.8


Wir haben also Abb.6 wieder und nur die Seitenwände erhöht. Nun nehmen wir mal die Gewichte auf der rechten Seite weg, und füllen flüssige Luft oben auf die Schale. Die Wände sind alle abgedichtet, so kann die Luft nicht nach unten oder zur Seite wegfließen:

Bild

Abb.9


Alles wir gehabt, nehmen wir die Gewichte nun auf der linken Seite runter, wird das Gewicht der flüssigen Luft die rechte Seite runterdrücken. Das Gewicht auf der rechten Seite ist genau 1 Tonne. Wenn wir dann auf die linke Seite ein etwas größeres Gewicht als 1 Tonne stellen, dann ziehen wir die recht Seite natürlich wieder hoch. Um das Ganze in „Waage“ zu halten reicht aber genau 1 Tonne auf der linken Seite. Das Ganze funktioniert natürlich auch mit größeren Gewichten, es muss nur immer ein Gleichgewicht vorhanden sein. Wir können auch die rechte Seite so bauen, das man da 10,3t flüssige Luft auf den Raum über die Schale füllen kann. Dann muss man eben auf der linken Seite auch Gewichte mit 10,3t stellen um beide Seiten im Gleichgewicht zu halten. Ist die Schale auf der rechten Seite unten in dem Raum, muss man eben etwas mehr als 10,3t auf die linke Seite stellen, um die Schale aus dem Raum zu „heben“.

Auch alles im Grunde ganz einfach, sollte Jeder soweit verstanden haben. Nun machen wir es mal ein wenig spannender, wir bauen eine neue Wand auf der rechten Seite, aber links von unserem Raum. Und wie füllen in den neuen Raum gleich mal flüssige Luft:

Bild

Abb.10


Das verändert nun aber soweit nun auch nichts. Beide Seiten bleiben weiter in Waage. Nun bohren ein Loch in die Mittelwand, was wird nun passieren? Bleiben beide Seite in Waage? Verändert sich was? Schauen wir einfach mal:

Bild

Abb.11


Es passiert nichts. Beide Seiten bleiben in Waage, und durch das Loch fließt auch keine flüssige Luft. Wir machen langsam weiter und stellen noch einen Raum mit flüssiger Luft daneben:

Bild

Abb.12


Da nun nichts passiert, könnten wir die Löcher auch größer machen. Wegen den Löchern haben die Zwischenwände eh keine Funktion und wir nehmen die einfach weg. Was dann an „Substanz“ fehlt füllen wir einfach mit flüssiger Luft nach. Man kann auch sagen, wir ersetzen die Seitenwände einfach mit flüssiger Luft:

Bild

Abb.14


Natürlich verändert das auch nichts. Das Gewicht von 1t auf der linken Seite hält das Gewicht was auf die Schale auf der rechten Seite „drückt“. Wir können also auf den ganzen Boden auch flüssige Luft gießen und die eine Seitenwand auf der rechten Seite auch entfernen:

Bild

Abb.15


Wir füllen also den ganzen Boden des Planeten mit flüssiger Luft. Das Gewicht auf der linken Seite hält weiter die rechte Seite in Waage. Auf der Schale auf der rechten Seite drückt nur das Gewicht der flüssigen Luft, welche genau über der Schale ist. Die flüssige Luft steht genau 1m über der Schale. So nun müssen wir es auf unserem Planeten nur noch ein wenig wärmer machen, so das die flüssige Luft gasförmig wird:

Bild

Abb.16


Damit haben wir dann Abb.2 erreicht. Wir sehen also, es spielt nur das Gewicht der Flüssigkeit oder auch des Gases über der rechten Schale eine Rolle. Auf der Erde sind das 10,3t wenn die Schale genau 1m² hat, man sagt auch, der Luftdruck auf der Erde ist 10,3t/m². Habe ich auf der linken Seite ein Gewicht, das genauso groß ist, kann ich die Schale auf der rechten Seite halten, auch wenn im Raum dort 0 Bar sind, eben ein Vakuum. Habe ich die Schale in dem Raum wie auf Abb.1:

Bild

Abb.17


Hier muss ich auf die linke Schale einfach nur etwas mehr als 10,3t an Gewicht stellen, und schon kann ich die rechte Schale aus den Raum ziehen, und habe dann dort im Raum 0 Bar. Ich brauche also keine 5000t, und eine Seitenwand aus Stahl mit 10cm hält dem „Außendruck“ von 10,3t/m² auch ohne Probleme stand.

Wenn das nun aber so ist, warum gibt es keine Raum mit wirklich genau 0 Bar? Warum hat ein Ultrahochvakuum noch 10-19 Bar? Warum nicht 0 Bar?

Das liegt daran, das ja ein Atom im Raum schon ausreicht, ganz weit hinter dem Komma dann eine 1 zu machen. 10-19 Bar sind wirklich verdammt wenig, ausgeschrieben ist das:

0,000.000.000.000.000.000.1 Bar

Wenn ich mich nicht verzählt habe. Das Problem ist, man muss auch einen Ultrareinraum bauen, da darf nicht ein Atom Verunreinigung drin sein. Und wenn man nun sagt, ich drücke einfach eine Schale in einen Raum, dann ist ja alles rausgedrückt, der irrt. Man kann einfach nicht so glatte Wände haben, das man wirklich jedes Atom aus dem Raum drückt.
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Re: Die Sache mit dem Druck...

Beitragvon nocheinPoet » Donnerstag 7. Oktober 2010, 16:43

Mordred » Do 7. Okt 2010, 14:18 hat geschrieben:
nocheinPoet » Mi 6. Okt 2010, 13:58 hat geschrieben:
Bild

Abb. 1: Die Luft drückt nun die rechte Schale in den Raum.

Wieso tut sie das? Wenn beide Seiten gleich schwer sind sollte doch auch der Luftdruck auf beiden gleich lasten, oder?

Nein, denn die Luft drückt ja von allen Seiten gleich, also auf der linken Seite von oben und von unten gegen die Schale, auf der rechten Seite nur von oben, da ja unter der rechten Schale keine Luft ist.


Bild

Abb. 1_01

Wenn Du auf der rechten Seite keine Wände hättest, würde Luft auch unter die Schale kommen und der Druck wäre von beiden Seiten gleich. Da aber keine Luft in den rechten Raum kommen kann, ist der Druck von oben eben 1 Bar und von unten 0 Bar. Das ist der Druckunterschied, von denen die Leute Dir schon geschrieben haben, das ist die Kraft von 10,3t/m². Stelle Dir mal auf der linken Seite auch Seitenwände vor, aber die haben ein Loch, damit die Luft rein und raus kann:


Bild

Abb. 1_02

Hier kannst Du sehen, das nun in den Raum auf der linken Seite immer Luft strömen kann, und somit auch im Raum immer ein Druck von 1 Bar vorhanden ist. Links ist der Druckunterschied also:

Außendruck 1 Bar - Innendruck 1 Bar = 0 Bar = 0t/m²

Rechts ist der Druckunterschied:

Außendruck 1 Bar - Innendruck 0 Bar = 1 Bar = 10,3t/m²

Soweit klar?


Mordred » Do 7. Okt 2010, 14:18 hat geschrieben:
nocheinPoet » Mi 6. Okt 2010, 13:58 hat geschrieben:
Die Luft drückt nun die rechte Schale in den Raum. Die Frage ist, wie viel an Gewicht muss man auf die rechte Schale stellen, damit die rechte Schale aus den Raum gezogen wird, und die linke auf dem „Klotz“ zu liegen kommt. Ich sage, man muss nur etwas mehr als 10,3t auf die linke Schale stellen und schon zieht man die rechte aus den Raum.

Da beide Seiten gleich schwer sind, und auf beiden Seiten der gleiche Luftdruck lastet, sollten 10 Gramm schon ausreichen, um die linke Schale nach unten, und die rechte Schale nach oben zu hieven. Vorausgesetzt natürlich, über ein Ventil kann der Raum Luft ziehen.

Da hast Du völlig Recht, eben wenn wir auf der rechten Seite auf eine Öffnung oder ein Ventil hätten. Eben damit es einen „Druckausgleich“ geben kann und Luft nachströmen. Dann hätten wir auch rechts unter der Schale einen Luftdruck von 10,3t/m² und es wäre alles ausgeglichen. Dann würden auch 10g auf der linken Seite reichen um die Schale zu heben. Aber wir haben nun auf der rechten Seite eben kein Ventil. Der Raum ist ja völlig abgedichtet. Also kommt keine Luft rein. Und da 10g eben weniger als 10,3t sind, bleibt die Schale auch unten.


Mordred » Do 7. Okt 2010, 14:18 hat geschrieben:
nocheinPoet » Mi 6. Okt 2010, 13:58 hat geschrieben:
Bild

Ich sehe hier kein Ventil das irgendwie Luft in den Raum gelassen hätte.

Richtig, da hast Du gut aufgepasst, denn da ist auch kein Ventil, und da ist somit auch keine Luft in dem Raum. Darum habe ich auch geschrieben:

nocheinPoet » Mi 6. Okt 2010, 13:58 hat geschrieben:
Die schwarzen Quadrate sind die Gewichte auf der linken Schale und das Weiß im Raum auf der rechten Seite zeigt nun, dass dort keine Luft drin ist, dort sind also 0 Bar.

Zur Erklärung, ich habe erstmal Beide Möglichkeiten gezeigt, das Bild zeigt also, wie die rechte Schale durch ein 10,3t Gewicht auf der linken Seite gehalten wird, auch wenn im Raum keine Luft ist. Da wollen wir ja hin. Soweit verstanden?


Mordred » Do 7. Okt 2010, 14:18 hat geschrieben:
nocheinPoet » Mi 6. Okt 2010, 13:58 hat geschrieben:
Was soll nun groß anderes passieren, die rechte Seite geht nach unten. Bis hierher sollte keiner ein Problem haben.

Kein Ventil, dennoch flutscht der Kolben einfach so bis auf den Boden. Die Luft dazwischen hat sich aufgelöst? Spielt eh keine Rolle?

Hier hast Du wohl nicht ganz genau aufgepasst, ich hatte geschrieben:

nocheinPoet » Mi 6. Okt 2010, 13:58 hat geschrieben:
Verändern wir das Bild und nehmen mal ein paar Dinge weg. Wir haben die Luft weggenommen, die Gewichte auf der linken Seite, und die Seitenwände des Raums auf der rechten Seite.

Kannst Du auf Abb. 3 sehen. Ich hatte auch mal die Farben am Anfang erklärt. Luft ist eben ein helles Blau, und Weiß ist eben keine Luft. Also ist da keine Luft, und dann brauchen wir auch kein Ventil. Ist ja nichts drin, musst auch nichts raus. Nun klar geworden?


Mordred » Do 7. Okt 2010, 14:18 hat geschrieben:
nocheinPoet » Mi 6. Okt 2010, 13:58 hat geschrieben:
Bild

Abb.9: Alles wir gehabt, nehmen wir die Gewichte nun auf der linken Seite runter, wird das Gewicht der flüssigen Luft die rechte Seite runterdrücken.

Und da nicht unter dem Kolben ist, wird auch nichts verdichtet?

Genau Mordred, da ist nichts drin, darum kann nichts verdichtet werden.


Mordred » Do 7. Okt 2010, 14:18 hat geschrieben:
Wenn da nichts drin wäre, bräuchtest Du Deine Gewichte auf der linken Seite nicht runter nehmen. Der Unterdruck alleine würde reichen um das rechte Gewicht runter zu drücken.

Da ist ja nichts drin, also 0Bar, da drücken also von innen genau 0t/m² von unten gegen die Schale. Wir haben ja nun mal keine Luft darin, wie Du ja selber schon richtig erkannt hast. Keine Luft und keinen Druck. Nun überlege mal, wie kann kein Druck das rechte Gewicht runter drücken? Wie soll das gehen?

Also ich bin der Meinung, 0 Bar ist kein Druck, und kein Druck kann nicht drücken. Siehst Du das anders? Sind 0 Bar bei Dir ein Druck? Oder kann bei Dir kein Druck drücken?


Mordred » Do 7. Okt 2010, 14:18 hat geschrieben:
nocheinPoet » Mi 6. Okt 2010, 13:58 hat geschrieben:
Bild

Das Gewicht auf der rechten Seite ist genau 1 Tonne. Wenn wir dann auf die linke Seite ein etwas größeres Gewicht als 1 Tonne stellen, dann ziehen wir die recht Seite natürlich wieder hoch.

Natürlich, Luft bietet ja weder Widerstand beim verdichten, noch beim Entdichten eines Raumes. Wenn man Luft komprimiert, dann löst sie sich einfach auf. Und wenn man einen Kolben aus einem Raum zieht, dann füllt sich der Raum sogleich mit herrlicher Frischluft, oder halt mit nichts. Also, ein Raum mit 0 Bar, eben mal so auf die schnelle.

Mordred hier hast Du wohl immer noch nicht richtig aufgepasst, im Raum ist keine Luft. Die Farbe Weiß zeigt an, da ist keine Luft, habe ich am Anfang aber erklärt gehabt. Auf dem Bild gibt es nur die flüssige Luft auf der rechten Seite. Eventuell liest Du es in Ruhe noch mal langsam nach. Ich hoffe Du hast es nun begriffen, also wo Weiß ist, ist keine Luft!


Mordred » Do 7. Okt 2010, 14:18 hat geschrieben:
Der Rest deiner Bildchen ist nur peinlich. Physikalische Voraussetzungen lässt Du einfach unbeachtet. Du ziehst munter den Kolben mal raus, dann wieder rein, alles kein Problem für Dich, als hätte Luft keine Eigenschaften.

Du musst schon konkreter werden, sage zumindest die Nummern der Bilder. Das Problem ist wohl eher, das Du nicht richtig gelesen hast, und gedacht hast, wo Weiß ist, ist Luft. Also da musst Du schon ein wenig besser aufpassen. Nun verstanden, also bis hier her?

Da Du ja dann Probleme hattest, die Bilder richtig zu verstehen, und offenbar auch nicht wirklich richtig gelesen hast, und nachvollzogen, kannst Du auch nur zu falschen Aussagen von hier hab kommen. Deine ganzen „korrigierten“ Bilder sind falsch, denn Du hast ein Ventil eingebaut, damit Luft ausgeglichen werden kann, wo keine Luft ist. Dein Ventil mach so wenig Sinn. Also lese das alles noch mal in Ruhe nach. Und kurz hierzu:

Bild

Das ist leider falsch, hat Dir aber auch Ernst ganz deutlich schon geschrieben:

Ernst hat geschrieben:
Mordred hat geschrieben:
Wenn du also auf der einen Seite 1 Bar hast, und auf der Anderen nur 10^-19 Bar, dann wirkt ein Druck von 10,3 Tonnen /m² einseitig auf die Wand. Reduzierst du den Druck nun weiter, erhöht sich auch proportional der Druck auf diese Wand. Bei 10^-20 wäre der Druck also schon, ..mal fiktiv angenommen, bei sagen wir mal 20 Tonnen pro m². Bei 10^-21 schon 60 Tonnen. Und da diese Druckkraft eben proportional (Außen zu Innen) wirkt, wird irgendwann jede Wand eingedrückt. Je mehr Raumdruck ich also auf der einen Seite entferne, desto höher ist die Wirkungskraft des Druckes von 1 bar proportional auf der anderen Seite der Wand!

Das ist Humbug. Die Druckkraft von 1 Bar auf eine Wand von 1m² gegen einen Innenraum von 0 Bar beträgt 10,197 Tonnen.

Mit einer Kraft von 10,3 Tonnen könnte man einen Kolben vom Boden eines Zylinders mit einer Fläche von 1m² herausziehen.

Theoretisch entsteht dabei ein leerer Raum mit 0 bar.

Also noch mal:

Ernst hat geschrieben:
Mit einer Kraft von 10,3 Tonnen könnte man einen Kolben vom Boden eines Zylinders mit einer Fläche von 1m² herausziehen.

Ernst sagt hier, Du irrst, und ich habe recht:

Ernst hat geschrieben:
Britta hat geschrieben:
Hat Mordred recht, und der Poet unrecht?

Poets Aussagen sind korrekt. Mordred muss oder kann noch einiges lernen. Da ist noch einige Irrlichterei.

Also, meine Aussagen sind richtig, und Du kannst noch einiges lernen. Aber machen wir das langsam, lese nun erstmal meinen Beitrag mit der Erklärung noch mal richtig nach, denke daran, da wo Weiß ist, ist keine Luft. Und dann sage bis zu welchen Bild Du gekommen bist, und ab wo Du es nicht mehr verstehst. Und dann machen wir das ganz langsam für Dich weiter. Du kannst auch parallel dazu mal einen Physiklehrer fragen, druck Dir meinen Beitrag aus, wenn Du ein Drucker hast.


Und hier noch mal ein wichtiger Punkt, also da solltest Du mal in Ruhe drüber nachdenken:

Mordred » Do 7. Okt 2010, 14:18 hat geschrieben:
Wenn da nichts drin wäre, bräuchtest Du Deine Gewichte auf der linken Seite nicht runter nehmen. Der Unterdruck alleine würde reichen um das rechte Gewicht runter zu drücken.

Da ist ja nichts drin, also 0Bar, da drücken also von innen genau 0t/m² von unten gegen die Schale. Wir haben ja nun mal keine Luft darin, wie Du ja selber schon richtig erkannt hast. Keine Luft und keinen Druck. Nun überlege mal, wie kann kein Druck das rechte Gewicht runter drücken? Wie soll das gehen?

Also ich bin der Meinung, 0 Bar ist kein Druck, und kein Druck kann nicht drücken. Siehst Du das anders? Sind 0 Bar bei Dir ein Druck? Oder kann bei Dir kein Druck drücken?


Lieben Gruß

Manuel
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Re: Die Sache mit dem Druck...

Beitragvon nocheinPoet » Freitag 8. Oktober 2010, 19:12

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Hallo Mordred, hier auf der Seite kannst Du es selber mal nachrechen lassen:

Magdeburger Halbkugeln

Otto von Guericke, Bürgermeister von Magdeburg, pumpte in seinem berühmten Experiment um 1650 die Luft aus zwei eisernen Halbkugeln. Der äußere Luftdruck übte eine derart große Kraft auf das fast vollständige Vakuum innen aus, dass es mehreren Pferden nicht gelang, die Kugeln zu trennen. In Ihrem eigenen Experiment können Sie hier testen, welcher Belastung die Kugel aus Ihrem Experiment standhalten würde.

Bild

Durchmesser der Kugel: (d auf Grafik) 42cm
Vakuum in Kugel (V auf Grafik) 100%

In der Kugel herrscht ein Druck von 0 Pascal.
Die Kugel kann mit einer Kraft von 14037.9 Newton belastet werden.
Sie können also ein Gewicht von 1430.98 kg an die Kugel hängen.

Bemerkung: Es wurde mit einem Luftdruck von 1013.25 hPa gerechnet.


Quelle: http://library.thinkquest.org/C006011/g ... e.php3?v=2

Die Magdeburger Halbkugeln



In diesem Video stellen Studenten der TU Ilmenau das berühmte Experiment zu den Magdeburger Halbkugeln nach. Mit diesem Versuch hatte Otto von Guericke Mitte des 17. Jahrhunderts erstmals Vakuum nachgewiesen und zugleich die ungeheure Kraft von Luftdruck demonstriert. Er legte zwei hohle Halbkugeln so aneinander, dass sie eine Kugel bildeten. Dann erzeugte er in ihrem Inneren ein Vakuum, indem er die Luft aus dem Hohlraum pumpte. Die Luftpumpe, die Guericke verwendete, hatte er kurz zuvor selbst entwickelt. 16 Pferde vermochten es nicht, die besagten Halbkugeln auseinander zu bringen. Nicht das Vakuum hält die Halbkugeln dabei zusammen, sondern die sie umgebende Luft. Guericke wollte beweisen, dass ein leerer Raum und damit ein "Nichts" existieren kann - und es konnte. Das war damals eine sensationelle Entdeckung. Schon Aristoteles wie auch viele große Philosophen und Naturwissenschaftler nach ihm befasste sich mit der Frage nach dem Nichts. Vorherrschend war die Meinung, dass es dies nicht geben könnte.

Wer ausrechnen möchte, mit welcher Kraft die Kugeln zusammengehalten werden, muss dazu die Kreisfläche berechnen. Der Durchmesser der Kugeln betrug im Originalexperiment 42 Zentimeter. Daraus ergibt sich eine Fläche von 1385 Quadratzentimeter.

1. Die Kraft kann man aus der Formel für den Druck (Druck ist Kraft pro Fläche) berechnen.
2. Dabei nimmt man als Innendruck Null an und als Außendruck 1000 Hektopascal.
3. Dies entspricht dem mittleren Luftdruck auf Meereshöhe. Rechnet man also Druck mal Fläche erhält man als Ergebnis 13850 Newton.
4. Dies entspricht näherungsweise der Gewichtskraft von 1385 Kilogramm.

Das erscheint nun nicht unbezwingbar viel, und Guericke hat auch zugegeben, dass die Halbkugeln mitunter doch mit einem lauten Knall auseinander gebrochen sind.

Quelle: http://experimentis.de/PagesErkl/301Flu ... druck.html


Dazu evakuierte Guerike mit einer Luftpumpe zwei hohle, mit einem in Öl und Wachs getränkten Lederriemen abgedichtete Kupferhalbkugeln mit einem Durchmesser von 42cm. Die Luft, die von außen auf die Kugel wirkte, drückte die Hälften zusammen. Um diesen, von der Atmosphäre verursachten Luftdruck zu demonstrieren, spannte der Physiker vor jede Halbkugel acht Pferde, die nicht dazu im Stand waren, die Hälften zu trennen.

Guericke schreibt dazu in seinem Hauptwerk Experimenta nova (ut vocantur) Magdeburgica De Vacuo Spatio: „Mit dem Lederring als Zwischenlage wurden nun diese Halbkugeln aufeinandergepasst und dann die Luft...rasch ausgepumpt. Da sah ich, mit wie viel Gewalt sich die beiden Schalen gegen den Ring pressten! Und dieser Gestalt hafteten sie unter der Einwirkung des Luftdrucks so fest aneinander, dass 16 Pferde sie gar nicht oder nur mühsam auseinanderzureißen vermochten. Gelingt aber bei größter Kraftanstrengung die Trennung zuweilen doch noch, so gibt es einen Knall wie von einem Büchsenschuß".

Mit seinen Versuchen widerlegte er die damals herrschende Vorstellung des „Horror vacui" (lat. Furcht, Grausen vor der Leere), die sogenannte Angst der Natur vor der Leere, mit der man zu der Zeit u. a. das Prinzip der Pumpe erklärte.

Guericke zeigte, dass der luftleere Raum tatsächlich existiert und wie man ihn herstellen kann. Zugleich wird deutlich, dass die Luft wie jeder andere Körper auch ein Gewicht hat. und demnach die Magdeburger Halbkugeln nicht „vom inneren Vakuum zusammengezogen", sondern aufgrund des Schweredrucks der Luft von außen zusammengepresst werden.

Der normale Luftdruck liegt bei 100 kPa = 0,1 MPa ( 1 bar).
Der Durchmesser der originalen Halbkugeln betrug d = 42 cm.
Für die Kreisfläche A mit der sich die Halbkugeln berühren ergibt sich also:

A = π • r² = π • (d/2)² = 3, 14 • ( 42 : 2 cm) ² = 1384,74 cm²

Damit können wir schließlich die Kraft berechnen, mit der die Luft die Magdeburger Halbkugeln zusammendrückt.

Kraft F
Aus der Gleichung Druck p = ————— folgt für jede Halbkugel
Fläche A

F = p • A = 0,1 MPa • 0, 1385 m² = 0,1 • 106 N/m² • 0, 1385 m² = 13850 N

Quelle http://www.laurentianum.de/physikmuseum/magdeburg.htm

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Re: Die Sache mit dem Druck...

Beitragvon nocheinPoet » Freitag 8. Oktober 2010, 21:22

Hallo Mordred,

Du hast ja gefragt, wie es mit dem Zusammendrücken oder Komprimieren von Luft oder Gas ist. Und auch über die Festigkeit des Materials für die Wände. Hier mal eine Frage, können wir so ein Raum bauen?

Bild

Abb.1

Wir haben eine Innenraum von genau 1m³. Die Wände sind aus Stahl und 10cm dick. Wo Weiß ist, ist keine Luft! Wird der Raum nun von Außen zerdrückt? Also Außen sind 0 Bar und Innen auch. Oben ist eine Öffnung für den „Druckausgleich“.

Bild

Abb.2

Wenn nein, warum nicht, wenn ja, können wir die Öffnung zumachen, ohne das der Raum von einer Kraft zerdrückt wird? Oder auch das er platzt? ;)

Bild

Abb.3

Was meinst Du, können wir dann ein Luftmolekül in den Raum machen, ohne das er platzt, oder von Außen zerdrückt wird? Halten das die Stahlwände noch aus?


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Re: Die Sache mit dem Druck...

Beitragvon nocheinPoet » Dienstag 12. Oktober 2010, 17:57

.
Hallo Mordred,

zu Deinem Beitrag im Mahag später, das aber schon mal vorab. Ich weiß, dass Du die „Formel“ nicht kennst, und somit Probleme hast, das ganze selber nachzurechnen. Was hier nun kommt, ist viele hundert Jahre bekannte Physik. Du kannst sicher sein, dass es unzählige Male überprüft wurde. Versuche dem hier nun mal wirklich zu folgen.

Bild
Abb.1


Oberes Bild

Wir haben einen Raum (dunkelviolett) und eine bewegliche Wand (grau) und außen ist ein Luftdruck von 1 Bar, nichts ist weiß. Wir machen das nun mal mit Vektoren.

Rot ist der Innendruckvektor, Blau der Außendruckvektor und grün der Vektor für die Zugkraft pro m².

Die oberste Abbildung zeigt nun den Kolben im Zustand bei einem Innendruck von 1 Bar. Innen- und Außendruck sind ausgeglichen, der Kolben bewegt sich nicht. Wir wollen nun den Kolben soweit aus den Kolben ziehen, dass der Druck sich im Raum halbiert. Dafür muss das Volumen verdoppelt werden.

Wenn wir im Raum nur noch 0,5 Bar haben, drückt nur noch eine Kraft (roter Pfeil) von 5t/m² von innen gegen den Kolben. Der Luftruck von außen (blauer Pfeil) bleibt bei 10t/m². Damit der Kolben nun nicht in den Raum zurück gedrückt wird, müssen wir diesen „rausziehen“. Im Raum fehlt ja nun Druck und somit auch Druckkraft. Damit wir den Kolben im Gleichgewicht und in Ruhe halten können, müssen die Kräfte wie auf der obersten Abb. ausgeglichen sein, das bedeutet, die Summe muss 0 sein.

Da der Innendruck Pfeil nicht in dieselbe Richtung zeigt, wie der Pfeil für den Außendruck, ist dieser (der rote Pfeil) „negativ“, das steht aber nur für die Richtung.

Der Kolben ruht im obersten Bild also, weil Außendruck – Innendruck = 0 ergibt:

10t/m² - 10t/m² = 0t/m²


Mittleres Bild

Auf der Abbildung in der Mitte haben wir nun nur noch einen Innendruck von 5t/m². Die Rechnung dazu:

10t/m² - 5t/m² = 5t/m²

Das bedeutet, haben wir einen Raum mit 0,5 Bar und der Kolben ist frei beweglich, dann wird dieser von dem Außendruck soweit in den Raum gedrückt, bis dort wieder 1 Bar sind. Wollen wir das verhindern, müssen wir den Kolben „festhalten“ oder „rausziehen“.

Diese „Zugkraft“ muss nun gegen den Luftdruck gerichtet sein, also in die gleiche Richtung wie der Innendruck, und „ergänzt“ nun den „fehlenden“ Teil. Darum ist die Zugkraft auch „negativ“ sie wirkt dem Luftdruck entgegen. Hier die Rechnung dazu:

10t/m² - 5t/m² - 5t/m² = 0t/m²

Wie Du erkennen können solltest, müssen die Kräfte ausgeglichen sein, Deine „Wirkkraft“ muss immer 0 sein, damit der Kolben sich nicht rein oder raus bewegt. Wir könnten im Innenraum auch einen höheren Druck haben, wie bei einer Sektflache, und halten die Hand drauf, und drücken, damit der Druck nicht rauskommt. Kannst Du genau so hier mit den Pfeilen rechnen. Übe ruhig mal einwenig, Du kannst nur lernen und dabei gewinnen.


Unteres Bild

Wir ziehen den Kolben nun weiter raus, und zwar soweit, Dass sich der Druck im Innenraum noch mal halbiert. Der Innendruck beträgt nun nur noch 2.5t/m². Hier die erste Rechnung:

10t/m² - 2,5t/m² = 7,5t/m²

Das der Innendruck nun geringer ist, ist der Anteil des Luftrucks der die Wand in den Raum drückt entsprechend höher. Darum muss auch der „Zugkraft“ steigen. Die Rechnung:

10t/m² - 2,5t/m² - 7,5t/m² = 0t/m²

Das heißt, wir müssen nun mit 7,5t/m² an dem Kolben „ziehen“, damit der sich nicht bewegt und in den Raum zurück gedrückt wird. Um den Druck von 0,5 Bar auf 2,5 Bar zu halbieren, müssen wir mit 2,5t/m² mehr „ziehen“. Für 0,5 Bar reichen 5t/m² nun brauchen wir 7,5t/m². Die Rechnung für die erhöhte Zugkraft:

7,5t/m² - 5,0t/m² = 2,5t/m²


Innendruck noch mal halbieren

Hier spare ich mir mal das Bild, ich hoffe mal, Du hast das Prinzip aber inzwischen soweit erkannt, das Du ohne ein Bild auskommst. Wenn wir den Kolben also nun noch mal weiter rausziehen, soweit das der Innendruck sich von 0,25 Bar auf 0,125 Bar verringert, wirkt von innen auch nur noch die halbe Kraft pro m² also 1,25t/m². Hier die Rechnung:

10t/m² - 1,25t/m² - 8,75t/m² = 0t/m²

Um den Kolben in Ruhe zu halten, müssen wir also nun mit 8,75t/m² ziehen. Die Frage ist, um wie viel Kraft wir nun mehr ziehen müssen, um den Druck von 0,25 Bar auf 0,125 Bar zu halbieren. Hier die Rechnung:

8,75t/m² - 7,5t/m² = 1,25t/m²

Die zusätzliche Kraft ist nur noch halb so groß! Wichtig, um den Druck von 1 Bar auf 0,5 Bar zu halbieren, brauchen wir 5t/m². Um von 0,5 Bar auf 0,25 Bar zu halbieren, 2,5t/m² und nun von 0,25 Bar auf 0,125 Bar 1,25t/m².

Schauen wir uns das noch mal in einer Liste an:

10t/m² - 5,00t/m² - 5,00t/m² = 0t/m² (5,00t/m²)
10t/m² - 2,50t/m² - 7,50t/m² = 0t/m² (2,50t/m²)
10t/m² - 1,25t/m² - 8,75t/m² = 0t/m² (1,25t/m²)

Wichtig ist, dass Du nun mal auf den Zuwachs der Zugkraft pro m² in den Klammern achtest. Wird der Innendruck halbiert, halbiert sich auch der Zuwachs der Zugkraft. Du kannst die List nun mal 10 Schritte weiter rechnen, und den Innendruck immer weiter verringern. Du solltest erkennen, dass Deine Zugkraft nun nicht über die 10t/m² hinaus kommt. Addierst Du die Werte hinten in den Klammern, bekommst Du eine Reihe für die maximale Zugkraft. Der Innendruck tangiert dabei gegen 0 Bar.

10t/m² = 5,00t/m² + 2,50t/m² + 1,25t/m² + 0,625t/m² + 0,3125t/m² + 0,15625t/m² + 0,078125t/m² + 0,0390625t/m² +

Also, während Du den Innendruck kontinuierlich halbierst, nähert sich die Zugkraft dem Wert des Außendruckes, und wächst nicht über alle Grenzen, und schon gar nicht über 10t/m².


Ich habe nun eine weitere Abbildung für Dich.

Bild
Abb.2

Wir lassen nun den Kolben einfach an seinen Platz, und halbieren den Druck einfach dreimal wie schon auf Abbildung 1. Alles wir schon gehabt. Auf dem untersten Bild siehst Du nun einen 0 Bar Raum. Von Innen drückt nun nichts mehr, und die Zugkraft kompensiert völlig den Außendruck. Hier die Rechung:

10t/m² - 0,00t/m² - 10,00t/m² = 0t/m²

Ab genau diesem Punkt, reicht ein wenig mehr an Zugkraft, und man kann den Kolben immer weiter ziehen. Die Zugkraft muss nicht mehr weiter erhöht werden. Sie muss nur größer als der Luftdruck von Außen sein.

Zu Deinem Denkfehler, Du hast richtig erkannt, dass man bei einem Innendruck von 0,25 Bar stärker an dem Kolben ziehen muss, als bei einem Innendruck von 0,5 Bar. Und das man nun bei einem Innendruck von 0,125 Bar noch stärker an dem Kolben ziehen muss, als bei 0,25 Bar. Aber Du gehst nun dann davon aus, dass der Zuwachs an der Zugkraft sich proportional zur Abnahme des Innendrucks verhält. Das ist aber nicht so. Der Zuwachs halbiert sich, jedes Mal wenn der Innendruck halbiert wird, und so „tangiert“ er auf einen konkreten Wert. In der Mathematik nennt man das eine endliche Reihe: http://de.wikipedia.org/wiki/Reihe_%28Mathematik%29 Genau handelt es sich hier um eine Konvergente geometrische Reihe.

Du hast wohl eher eine unendliche Reihe vor Augen, also halbiert man den Druck, muss man immer doppelt so stark ziehen. Das ist aber falsch.

Das untere Bild kann man nun um 90 Grad drehen, und anstelle der Zugkraft (grüner Pfeil) ein Gewicht anhängen. Wenn man ein flüssiges Gewicht nimmt, kommt man zum Barometer. Das kann ich Dir zeigen, wen Du das hier verstanden hast.


Wichtig:

Mordred, man hat Dir im Mahag Forum nun schon recht deutlich den Kopf gewaschen, bisher ist da keine Einsicht bei Dir zu erkennen. Auch wenn Du es bisher nicht verstehen kannst, sollte Dir die Tatsache, das Dir dort nun Ernst, rnw, Artie, Chief, Britta gesagt haben, das Dur irrst doch mal zu denken geben. Du solltest nun doch mal überlegen, ob die wirklich alle irren, und ob alle Seiten im Web dazu falsch sind, ob alle Barometer ganz anders funktionieren, wie auf zig Zeiten im Web und in unzähligen Physikbüchern beschrieben.

Das Du nun etwas nicht begreifen kannst, gut, dafür kannst Du nichts, ist eben ein Handicap, andere Menschen haben andere. Aber das Du so borniert und wirklich schon kackfrech arrogant auf Ernst los gehst, das ist einfach daneben. Das Du Deine Position nicht mal infrage stellst, das Du einfach meinst, egal, Du hast recht, dann irren eben nicht nur Poet, sondern auch Ernst, rnw, Artie, Chief und Britta, und jeder andere der es so siehst, wie es der Poet schon seit Wochen sagt. Das Mordred ist wirklich Dein Problem.

So wirst Du nie weiter kommen, und so wird sich jeder normale Gesprächspartner ganz schnell zurück ziehen. Meistens nicht so freundlich wie Agave, sondern eben eher in der Wortwahl Ernst und rnw.

Darum noch mal meine Aufforderung, gehe in ein Gymnasium in Deiner Nähe, und frage dort die Physiklehrer. Sie werden Dir alle bestätigen, dass Du irrst, und dass die Beschreibung hier, neben vielen anderen von mir und denen von Ernst richtig ist.

Ich hoffe die Bilder mit den Vektoren könnten bei Dir nun Licht ins Dunkel bringen, aber ich glaube, dass Du auch danach nicht bereit bist, es zu verstehen.


Lieben Gruß

Manuel
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Re: Die Sache mit dem Druck...

Beitragvon nocheinPoet » Mittwoch 13. Oktober 2010, 11:01

.
Hallo Mordred,

wer lesen kann, ist klar im Vorteil. ;) Im ersten Zitat (1431kg) steht klar:
Bemerkung: Es wurde mit einem Luftdruck von 1013.25hPa gerechnet.

Im zweiten Zitat (1385kg) steht ebenso klar:

Dabei nimmt man als Innendruck Null an und als Außendruck von 1000 Hektopascal.

Nimmt man einen höheren Außendruck an, und alle Nachkommastellen mit und rechnet es genau, kommt natürlich mehr raus, als wenn man den Außendruck bei 1000hPa ansetzt. Das sollte doch aber klar sein.


Lieben Gruß

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Re: Die Sache mit dem Druck...

Beitragvon nocheinPoet » Donnerstag 14. Oktober 2010, 12:04

Mordred » Mi 3. Okt 2010, 14:37 hat geschrieben:
nocheinPoet » Fr 08. Okt 2010, 21:22 hat geschrieben:
Bild
Abb.3

Was meinst Du, können wir dann ein Luftmolekül in den Raum machen, ohne das er platzt, oder von Außen zerdrückt wird? Halten das die Stahlwände noch aus?

Hast Du da irgendwo, unersichtlich für mich, einen höheren Außendruck eingeführt/angelegt? Wenn nein, warum sollte dann plötzlich ein „Außendruck“ auf die Wände drücken? Nehmen wir mal an, der Raum innerhalb des blauen Quadrates wäre das Universum. Drumherum, Nichts, 0 Bar Umgebungsdruck! Wenn ich nun einen Planeten ins Universum gebe, würde der Raum nun platzen?

Wie sieht es bei einem Sonnensystem aus? Einer Galaxie? Milliarden Galaxien? Würden nun die 0 Bar von Außen den Raum zerdrücken? Und was sollten die Stahlwände an Druck von Außen abhalten? Wären sie nötig? Und wenn sie nun „hauchdünn und dehnbar“ wären, könnte ein möglicher „Innendruck“ von 1^- 50 Bar die Wände ins „Nichts“ dehnen?

Dein Modell geht so dermaßen weit an dem was ich sagte vorbei, dass es mich echt schaudert wie Du meine Aussagen interpretierst, und mich somit versuchst, hier darzustellen!

Gut, kann ja sein, das ich Dein „Modell“ dazu doch anders verstanden habe, also Du es meinst, sehen wir mal, wenn dem so ist, gebe ich das gerne zu, sehen wir doch mal weiter. Wenn Du nun sagst, der Raum platzt nicht weil der Druckunterschied vom Innendruck zu den 0 Bar „Außendruck“ viel zu gering ist, und die Wände von 10cm Stahl doch schon was aushalten, könnten wir dann nach Deiner Vorstellung den Innendruck erhöhen? Und wie weit? Klar ist, irgendwann geben auch die 10cm dicken Stahlwände nach, aber was meinst Du, halten die ½ Bar? Oder 1 Bar? Oder gar 10 Bar?


Lieben Gruß

Manuel
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Re: Die Sache mit dem Druck...

Beitragvon nocheinPoet » Donnerstag 14. Oktober 2010, 19:25

.
Damit man das Verhältnis Zugkraft pro m² mal über einen abnehmenden Innendruck sehen kann, habe ich dazu mal ein Diagramm mit einer Tabelle gemacht.

Bild

Bild

Es lässt sich sehr gut erkennen, dass die Zugkraft um den Teil ansteigt, um den der Druck im Innenraum abnimmt. Erreicht der Innendruck 0 Bar, ist die Zugkraft genau der Außendruck.

Und es spielt keine Rolle, ob man nun einen Innendruck von genau 0 Bar technisch errechen kann oder nicht, denn es kann einfach nicht mehr an Kraft auf einen Raum von außen wirken, als die Gewichtskraft der Luft.
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Re: Die Sache mit dem Druck...

Beitragvon nocheinPoet » Samstag 16. Oktober 2010, 01:42

Mordred » Fr 15. Okt 2010, 13:29 hat geschrieben:
nocheinPoet » Do 14. Okt 2010, 12:04 hat geschrieben:
Wenn Du nun sagst, der Raum platzt nicht weil der Druckunterschied vom Innendruck zu den 0 Bar „Außendruck“ viel zu gering ist, und die Wände von 10cm Stahl doch schon was aushalten, könnten wir dann nach Deiner Vorstellung den Innendruck erhöhen? Und wie weit? Klar ist, irgendwann geben auch die 10cm dicken Stahlwände nach, aber was meinst Du, halten die ½ Bar? Oder 1 Bar? Oder gar 10 Bar?

Das Problem welches ich erkenne, ist, dass Du die Räume vertauschst. Du vertauschst Innen und Außen.

Schön das Du das erkannt hast, da sehe ich doch ein kleines Licht am Ende des Tunnels.


Mordred » Fr 15. Okt 2010, 13:29 hat geschrieben:
Das sind aber zwei ganz unterschiedliche Sichtweisen. Nehmen wir einen Luftballon und blasen ihn im Universum auf. Der Umgebungsdruck wäre annähernd 0. Den Luftballon kannst Du nun so lange aufblasen, bis er platzt weil der Innendruck für das Material irgendwann zu hoch wird. Bei Deinem Beispiel mit den Stahlwänden wäre also ein Innendruck von 10 Bar locker machbar. Andersrum ist es aber nicht so.

Gut, lass uns das mal langsam machen. Erstmal musst Du Dich auf 0 Bar als zumindest theoretische Möglichkeit einlassen. Die Frage ist dann eben, wie würde sich ein Raum mit 1 oder 10 Bar in einer solchen Umgeben verhalten. Du machst ja auch theoretische Aussagen, über einen 0 Bar Raum. Du sagst ja auch, wenn es so was geben würde, würde die Kraft auf die Wände eines solchen unendlich groß werden. Ich möchte mit Dir also genau darüber reden, wie würde sich so ein Raum physikalisch verhalten, und dabei muss es einen solchen nicht wirklich geben. Man konnte auch über Kernspaltung theoretisch Aussagen treffen, ohne eine solche je erzeugt zu haben. Also ich halte mal fest:

Du sagst, ein Raum (1m*1m*1m) mit 10cm dicken Stahlwänden würde ohne Probleme einen Innendruck von 1 Bar standhalten, wenn er sich in einem Universum mit 0 Bar befindet. Dabei spielt es für diese Aussage keine Rolle, dass es im Universum keine 0 Bar gibt.

Ist das soweit richtig? Ist das ein Punkt, auf den wir uns ganz konkret soweit erstmal verständigen können?

Dann teile ich die Antwort an Dich hier auf, in dem Thread möchte ich nicht zu viel Diskussion Drumherum, hier sind mehr die sachlichen Beschreibungen, nähere Erklärungen extra für Dich findest Du nun hier: viewtopic.php?f=23&t=208&start=0 Ich habe Dir da schon ein paar Beiträge geschrieben, lese mal alles in Ruhe durch, und da findest Du auch ein Bild eines echten realen physikalisch existenten 0 Bar Raum, kein Scherz. Sind ein paar Beiträge an Dich, lese die mal alle in Ruhe durch. Wichtig ist auch der Teil mit dem Raum zwischen Elektron und Proton.

So nun hier aber mal weiter zur Sache:

Wenn Du sagst, der Raum kann 1 Bar aushalten, dann möchte ich mal ein paar mehr davon haben:

Bild

Abb.4

Wir sind also im Universum, und außen ist keine Luft, wir haben 0 Bar, und nun ein paar von den Räumen mit 1 Bar darin. Ich frage einfach noch mal zur Sicherheit, würden die Räume nun platzen? Ich interpretiere Dein Bild zum Druck, das was Du beschreibst ganz klar so, das nach diesem die Raume platzen müssten, weil die Wände den Druck nicht aushalten, nun hast Du ja schon gesagt, das ich das wohl falsch sehe, und Du es nicht so meinst. Das Du also sagst, die Wände würden nicht durch den Innendruck zerrissen werden. Ich will bloß sicher sein, das wir uns nicht falsch verstehen. Also, gibt es ein Problem mit Abb.4?


Lieben Gruß

Manuel
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Re: Die Sache mit dem Druck...

Beitragvon Kurt » Samstag 16. Oktober 2010, 16:20

Hallo Manuel,

warum schreibst du Zugkraft? Du weißt doch, dass nichts gezogen werden kann.

Gruss Kurt


NocheinPoet: Fehler korrigiert.
Wir werden erst begreifen wie genial die Natur ist wenn wir erkennen wie einfach sie funktioniert
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