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Einleitung
BearbeitenGeschichte
BearbeitenDefinition des mechanischen Drucks
BearbeitenCharakteristika
BearbeitenBeispiele
BearbeitenAbgrenzung
BearbeitenDefinition in Technischer Mechanik und Kontinuumsmechanik
BearbeitenDer Druck ist definiert als eine in alle Raumrichtungen wirkende Normalspannung.
Der Spannungszustand in einem Körper wird durch den Spannungstensor σ zu einem mathematischen Objekt zusammengefasst. Der mechanische Druck ist als das negative Drittel der Spur des Spannungstensors definiert:[1] guter Näherung inkompressibel. Dann ist der Druck eine „Zwangsspannung“, die als Reaktion des Fluids auf Kompressionsversuche die Inkompressibilität aufrechterhält. Mathematisch ist der Druck hier ein Lagrange’scher Multiplikator für die Nebenbedingung „Inkompressibilität“. Ein Beispiel zur Berechnung des Drucks in der Festkörpermechanik ist im Artikel zur Hyperelastizität gegeben.
Druck von Flüssigkeiten
BearbeitenHydrostatischer Druck
BearbeitenHydrodynamischer Druck
BearbeitenDer hydrodynamische Druck (auch dynamischer Druck) resultiert aus der kinetischen Energie der strömenden Fluidelemente in einer Strömung. Er tritt z.B. auf, wenn eine Strömung abgebremst wird, man spricht dann auch von Staudruck. Eine andere Interpretation des hydrodynamischen Drucks ist, dass dieser Druck notwendig ist, um ein Fluidelement auf die Geschwindigkeit zu beschleunigen. Dabei wirkt der hydrodynamische Druck, genau genommen handelt es sich um eine Druckdifferenz, stets nur in Richtung der Geschwindigkeitsänderung, also grundsätzlich anders als der statische Druck, der in alle Raumrichtungen gleich ist! Der hydrodynamische Druck nimmt quadratisch mit der Strömungsgeschwindigkeit der Fluidelemente zu:
Darin ist die Dichte des strömenden Fluids.
Der hydrodynamische Druck ist nicht direkt messbar, lässt sich aber bei verlustfreier, horizontaler und stationärer Strömung aus der Messung der Differenz zwischen Totaldruck (in Strömungsrichtung) und statischem Druck (senkrecht zur Strömungsrichtung) bestimmen. Dazu muss die Strömung an einem Messpunkt vollständig zu Ruhe kommen (Staupunkt), während am anderen Messpunkt die Strömung möglichst ungestört vorbeiströmt. Dieses Messprinzip wird in der Prandtlsonde verwirklicht. Aus der Messung des dynamischen Drucks kann die Geschwindigkeit der Strömung ermittelt werden. Dieses Messprinzip wird z.B. in der Luftfahrt für die Ermittlung der Flugzeuggeschwindigkeit angewandt.
Totaldruck
BearbeitenDer Totaldruck ist bei konstanter Temperatur im Fluid die Summe aus den genannten Druckanteilen:
Nach der Bernoulli’schen Druckgleichung ist bei konstanter Temperatur der Totaldruck (in Strömungsrichtung) entlang eines Stromfadens in einem viskositätsfreien Fluid konstant. Beim Übergang von einem größeren zu einem kleineren Querschnitt, wie im Bild, muss gemäß dem Kontinuitätsgesetz die Strömungsgeschwindigkeit (und damit auch der hydrodynamische Druck in Strömungsrichtung) zunehmen. Dies kann nur geschehen, wenn der statische Druck (in alle Raumrichtungen) in den kleineren Querschnitten entsprechend abnimmt. Der statische Druckanteil ist dabei der Druck, den ein mit der Strömung mitschwimmendes Fluidelement verspürt.
Druckverluste durch einen Impulsverlust an den Strömungsrändern kann mit Druckverlustbeiwerten in der erweiterten Bernoulli’schen Druckgleichung zäher Flüssigkeiten berücksichtigt werden.
Druck von Gasen
BearbeitenDefinition in der statistischen Physik und Thermodynamik
BearbeitenAbsoluter / Relativer Druck
BearbeitenEinheiten
BearbeitenUmrechnung zwischen den gebräuchlichsten Einheiten
BearbeitenWeitere Einheiten
BearbeitenDruckmessgeräte und -verfahren
BearbeitenSiehe auch
BearbeitenWeblinks
BearbeitenEinzelnachweise
Bearbeiten- ↑ Peter R. Sahm, Ivan Egry, Thomas Volkmann: Schmelze, Erstarrung, Grenzflächen. Eine Einführung in die Physik und Technologie flüssiger und fester Metalle. Springer, 2001, S. 17 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
Kategorie:Thermodynamische Zustandsgröße Kategorie:Kontinuumsmechanik Kategorie:Festkörperphysik Kategorie:Festigkeitslehre