Grundlagen der Physik

Artikel über die Poiseuille-Gleichung

Die Poiseuille-Gleichung wurde von Jean Louis Marie Poiseuille (1799–1869) entdeckt. Wie bereits erläutert, kann jede Flüssigkeit als ideale Flüssigkeit betrachtet werden. Eine ideale Flüssigkeit besitzt keine Viskosität. Fließt eine ideale Flüssigkeit durch ein Rohr, bewegt sich jeder Teil der Flüssigkeit mit der gleichen Geschwindigkeit (v). Im Gegensatz zu einer idealen Flüssigkeit besitzt die reale Flüssigkeit, mit der wir im Alltag in Berührung kommen, Viskosität. Aufgrund dieser Viskosität variiert die Fließgeschwindigkeit der einzelnen Flüssigkeitsschichten, beispielsweise beim Fließen durch ein Rohr. Die Flüssigkeitsschicht in der Mitte bewegt sich schneller (v = 0), während die an der Rohrwand liegende Schicht stillsteht (v = 0). Somit bewegt sich jede Flüssigkeitsschicht innerhalb des Rohrs mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Zur Veranschaulichung betrachten Sie bitte die Abbildung unten.

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Fluide, sowohl flüssige als auch gasförmige Stoffe unterschiedlicher Art, weisen unterschiedliche Viskositäten auf. Viskosität ist die Reibung zwischen den Molekülen eines Fluids. Beim Fließen eines Fluids entsteht also Reibung zwischen den Molekülen. In Flüssigkeiten wird die Viskosität durch Kohäsionskräfte (Anziehungskräfte zwischen gleichartigen Molekülen) verursacht. In Gasen hingegen entsteht die Viskosität durch Kollisionen zwischen den Molekülen.

Flüssige Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Wasser, fließen leichter. Dickflüssige Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Schmierstoffe, fließen hingegen schwerer. Dies lässt sich leicht nachweisen, indem man Wasser und Schmierstoff auf eine schräge Fläche gießt. Wasser fließt schneller als Öl. Die Viskosität einer Flüssigkeit hängt auch von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur, desto dünnflüssiger ist die Flüssigkeit. Wenn man beispielsweise Fisch brät, wird das zunächst dickflüssige Speiseöl beim Erhitzen wieder flüssiger. Umgekehrt gilt: Je höher die Temperatur eines Gases, desto dickflüssiger ist es.

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Kohäsions- und Adhäsionskräfte

Die Kohäsionskraft ist eine Anziehungskraft zwischen Molekülen eines gleichen Stoffes, während die Adhäsionskraft eine Anziehungskraft zwischen Molekülen eines ungleichen Stoffes ist. Gießt man beispielsweise Wasser in ein Glas, entsteht Kohäsion, wenn sich die Wassermoleküle gegenseitig anziehen, während Adhäsion entsteht, wenn sich Wassermoleküle und Glasmoleküle gegenseitig anziehen.

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Hast du schon mal Seifenblasen gespielt? Seifenblasen sind rund. Lustig! Man kann sie anpusten. Nach dem Flug platzen sie. Wow, das macht Spaß, ein Spiel aus der Kindheit. Warum sind Seifenblasen rund?

Bitte wachen Sie morgens auf und betrachten Sie die Blätter rund ums Haus. Beobachten Sie die Tautropfen, die an den Blättern haften. Es ist seltsam; Tautropfen sind rund. Wie kann das sein?

Die Oberflächenspannung entsteht dadurch, dass sich die Flüssigkeitsoberfläche zusammenzieht und wie eine dünne Membran wirkt. Dies wird durch die Kohäsionskräfte zwischen den Wassermolekülen beeinflusst. Um dies besser zu verstehen, betrachten wir die folgende Abbildung: Wir sehen eine Flüssigkeit in einem Behälter.

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Artikel über das Archimedische Prinzip

Ein Schiff mit enormer Masse sinkt nicht, während ein kleiner Stein sinken kann. Warum ist das so? Die Antwort ist einfach, wenn man das Prinzip des Auftriebs und das Archimedische Prinzip versteht.

Im Alltag beobachten wir, dass Gegenstände, die in eine Flüssigkeit eingetaucht werden, wie beispielsweise ein Stein, leichter sind als Gegenstände außerhalb der Flüssigkeit. Es mag schwierig sein, einen Stein vom Boden aufzuheben, doch derselbe Stein lässt sich mühelos vom Meeresgrund emporheben. Dies ist auf die Auftriebskraft zurückzuführen. Auftrieb entsteht durch Druckunterschiede in Flüssigkeiten unterschiedlicher Tiefe. Der Flüssigkeitsdruck nimmt mit der Tiefe zu; je dickflüssiger die Flüssigkeit, desto höher der Druck. Taucht man einen Gegenstand in eine Flüssigkeit ein, entsteht ein Druckunterschied zwischen der Flüssigkeit oberhalb und unterhalb des Gegenstands. Die Flüssigkeit unterhalb des Gegenstands hat einen höheren Druck als die Flüssigkeit oberhalb des Gegenstands.

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Artikel über das Pascalsche Prinzip

Wie funktioniert eine Hebebühne zum Anheben eines Autos? Wie funktionieren hydraulische Bremsen, wenn sie zur Geschwindigkeitsreduzierung eines Autos eingesetzt werden? Um dies zu verstehen, sollten Sie sich mit dem Pascalschen Prinzip vertraut machen.

Jede Flüssigkeit übt Druck auf alle Objekte aus, die mit ihr in Berührung kommen. Das Wasser im Glas übt Druck auf die Glaswand aus. Genauso übt das Wasser im Schwimmbad oder im Meer Druck auf unseren Körper aus, wenn wir baden.

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Artikel über Druck in Flüssigkeiten

IIn der Physik ist der Druck als Kraft pro Flächeneinheit definiert, wobei die Kraft senkrecht zur Oberfläche wirkt. Mathematisch wird der Druck durch die Gleichung P = F / A ausgedrückt, wobei P für Druck, F für Kraft und A für Oberfläche steht. Die Einheit der Kraft (F) ist Newton (N), die Einheit der Fläche ist Quadratmeter (m²).²Da Druck die Kraft pro Flächeneinheit ist, lautet die Druckeinheit N/m².²Eine andere Bezeichnung für N/m² Pascal (Pa) ist die Abkürzung für Pascal. Pascal wurde als Druckeinheit zu Ehren von Blaise Pascal verwendet.

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Artikel über Dichte und spezifisches Gewicht

Signaldichte

Eine wichtige Eigenschaft eines Stoffes ist seine Dichte. Die Dichte ist das Verhältnis von Masse zu Volumen. Mathematisch ausgedrückt:

ρ = m / V

ρ (Rho) ist ein griechischer Buchstabe, der üblicherweise zur Angabe der Dichte verwendet wird; m steht für Masse und V für Volumen. Die Dichte einer homogenen Flüssigkeit unterscheidet sich von der Dichte eines homogenen Festkörpers. Eisen beispielsweise hat überall die gleiche Dichte. In der Erdatmosphäre nimmt die Dichte mit zunehmender Höhe über der Erdoberfläche ab, während sie im Meerwasser mit zunehmender Tiefe zunimmt. Die Dichte einer homogenen Flüssigkeit kann von Umweltfaktoren wie Temperatur und Druck abhängen.

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Artikel über die Anwendungen des Bernoulli-Prinzips und der Bernoulli-Gleichung

Satz von Torricelli

Eine Anwendung der Bernoulli-Gleichung besteht darin, die Geschwindigkeit zu berechnen, mit der eine Flüssigkeit aus dem Boden eines Behälters austritt (siehe Abbildung).

Wir wenden die Bernoulli-Gleichung an Punkt 1 (Oberfläche des Behälters) und Punkt 2 (Oberfläche des Lochs) an. Da der Durchmesser des Lochs im Boden des Behälters viel kleiner ist als der Durchmesser des Behälters, wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an der Oberfläche des Behälters als null angenommen (v).₁ = 0). Die Oberfläche des Behälters und die Oberfläche der Öffnung sind so offen, dass der Druck dem Atmosphärendruck (P) entspricht.₁ = P₂Die Bernoulli-Gleichung für diesen Fall lautet daher:

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Artikel über das Bernoulli-Prinzip und die Bernoulli-Gleichung

Beim Motorradfahren blähen sich unsere Kleider nach hinten auf. Manchmal, wenn der Wind stark weht, kann sich die Tür von selbst schließen, obwohl der Wind draußen weht und die Tür drinnen ist.

Dies lässt sich mithilfe des Bernoulli-Prinzips erklären. Daniel Bernoulli (1700–1782) entdeckte ein Prinzip, mit dem sich das oben beschriebene Phänomen erklären lässt.

Bernoullis Prinzip

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