Diskussion:Druck (Physik)

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Gliederung

Hydrostatischer Druck wird von Flüssigkeiten ausgeübt. Hydrodynamisch können sowohl Flüssigkeiten als auch Gase bzw. deren Gemische sein. Daher ist es besser, diese beiden Aggregatzustände nacheinander abzuhandeln, siehe auch Fluid. --Fmrauch (Diskussion) 22:25, 16. Aug. 2016 (CEST)

Hydrodynamischer Druck

"Der Druck in strömenden Medien setzt sich aus einem statischen und einem dynamischen Anteil zusammen." Ist der dynamische Anteil der hydrodynamische Druck? Geht aus dem Artikel nicht einwandfrei hervor. Und ist der hydrodynamische Druck der Druck der im Trinkwassernetz herrscht? 87.141.62.217 22:37, 4. Apr. 2017 (CEST)

meines Wissens nach gilt: dynamischer Druck = hydrodynamischer Druck, habe ich im Artikel entsprechend eingefügt

M.E. setzt sich im Wassernetz der statischer Druck aus 2 Komponenten zusammen

1. Überdruck im geschlossenen Wasserreservoir oder Luftdruck bei einem offenen Wasserreservoir
2. hydrostatischer Druck, d.h. wie hoch über dem Wassernetz ist das Wasserreservoir angebracht

der (hydro)dynamische Druck bewirkt nur die Bewegung des Wassers im Netz.

Bsp: Wenn du den Wasserhahn aufdrehst, wird der statische Druck im Wassernetz etwas geringer, sozusagen "teilweise umgewandelt" in einen dynamischen Druck, der das Wasser beschleunigt und aus dem Hahn fließen lässt...Deswegen muss im Wassernetz ein genügend großer statischer Druck herrschen, damit auch viele geöffnete Wasserhähne bedient werden können. Deswegen gab/gibt es hohe Wassertürme, die einen großen hydrostatischen Druck im Wassernetz erzeugen.

Dieter F. (Diskussion) 23:41, 10. Okt. 2021 (CEST)

Temperaturproportionaler Druckanteil

Hallo! Wie auf Diskussion:Totaldruck und Diskussion:Bernoulli-Gleichung frage ich hier, ob jemand für die Formel

p_ruhe = p_s + ρ g h + ½ ρ v² + ρ c_v T

aus dem Artikel eine Quelle kennt oder sie herleiten kann und zwar aus der korrekten Bernoulli-Gleichung

$e=\int {\frac {\mathrm {d} p}{\rho (p)}}+gz+{\frac {1}{2}}u^{2}={\text{const.}}$

für kompressible Fluide? Problematisch ist meines Erachtens der letzte Summand ρ c_v T, der ja nicht aus obiger Bernoulli-Gleichung folgt. Im Internet habe ich vergeblich nach dieser Formel gesucht und ich glaube auch nicht an ihre Richtigkeit. --Alva2004 (Diskussion) 21:13, 13. Mai 2017 (CEST)

Mir begegnet diese Formel zum ersten Mal, das muss aber nichts heißen. Mir fällt aber auf, das links ein p_ruhe steht und rechts ein geschwindigkeitsabhängiger Druckanteil ½ ρ v² ?!?

--Dieter F. (Diskussion) 00:02, 11. Okt. 2021 (CEST)

Druck als skalare Größe

Wie im Eingangstext richtig steht, ist der Druck eine skalare Größe (Kraftvektor skalarmultipliziert mit dem Richtungsvektor der im Raum orientierten Fläche). Im Text zu beginn steht aber auch: "[Der druck] wirkt im Volumen in alle Richtungen aber immer senkrecht auf Wände." Wenn der Druck eine skalare Größe ist, kann er nicht in eine Richtung wirken. Das sollte präzisiert werden. Skript zur Vorlesung (Diskussion) 21:49, 2. Feb. 2021 (CET)

Wenn der Druck in alle Richtungen wirkt, dann ist doch wohl klar, dass sich keine Richtung angeben lässt, in die er wirkt. Das gilt erst einmal im Volumen: Das Fluid drückt auf sich selber aus allen Richtungen. Erst wenn eine Wand dazu kommt, fehlt an dieser der eigene Gegendruck des Fluids. Das ist es, was man spürt: Eine (vektorielle) Kraft senkrecht auf die Wand. Egal wie die Wand ausgeformt ist, es liegt nicht am Druck, aus welcher Richtung die Wand ihn spürt. --der Saure 10:50, 3. Feb. 2021 (CET)

aus den bei mir lange Jahre zurückliegenden Studium habe ich in Bezug auf dieses Problem nur Erinnerung behalten, dass der Druck weder eine einfache skalare Größe (wie z.B. die Dichte) noch eine einfach gerichtete Größe (wie z.B. ein Vektor) ist, sondern ein sogenannter Tensor. Ich habe leider nicht so sehr die Mathematik dabei begriffen, aber ich habe daraus z.B. später verstanden, dass Druck nicht immer in alle Raumrichtungen wirkt, sondern dass z.B. der hydrodynamische Druck und der totale Druck nur in einer Richtung wirkt, nämlich die der dazugehörenden Geschwindigkeit (die aber zum Quadrat eingeht, also nur als Betrag). Das ist manchmal etwas verwirrend , wenn man die Bernoulli Gleichung betrachtet, weil dort statischer Druck (allseitig) und dynamischer Druck (gerichtet) in einer Formel zusammengefasst werden. Leider kann ich nur diese phänomenologische Betrachtung beitragen, aber es zeigt, diese Frage (Skalar?) ist gar nicht so ohne...

Ich habe mir erlaubt, entsprechende Ergänzungen in die beiden Abschnitte zum Hydrodynamischen Druck und zum Totalruck einzufügen! Dieter F. (Diskussion) 00:06, 10. Okt. 2021 (CEST)

Negativer Absolutdruck bei Fluessigkeiten existiert, das wird im Artikel falsch angegeben.

(Aus dem Archiv wieder hervor geholt -<)kmk(>- (Diskussion) 01:56, 11. Okt. 2021 (CEST))
Natuerliches Vorkommen in Pflanzen, siehe Strasburger Lehrbuch der Botanik. Steht auch in der englischen Wikipedia. (nicht signierter Beitrag von 2003:C9:8F38:57C7:E253:E01F:5A47:A2DF (Diskussion) 23:53, 5. Mär. 2020 (CET))

Wie ist das in Einklang damit zu bringen, dass sich in einer Saugpumpe über einer 10,26m hohen Wassersäule ein Vakuum bildet? Imho ist die Aussage der Überschrift im Widerspruch mit physikalischen Gesetzen. Flüssigkeiten zerreißen, verdunsten und das gebildete Gas hat wohl kaum negativen Druck, oder? --Alva2004 (Diskussion) 18:06, 17. Jun. 2020 (CEST)

Die IP hat Recht. Flüssigkeiten Und insbesondere Wasser können in relevanter Größe negativen Druck aufweisen. Zum Zerreißen sind erhebliche Kräfte nötig. Entsprechend passiert das Zerreißen nicht unmittelbar bei verschwindendem hydrostatischen Druck. Das Gleiche gilt für Kavitation. Ohne Kondensationskerne entstehen so leicht keine Dampfblasen. Entsprechend gibt es einiges An Literatur zu Flüssigkeiten mit negativem Druck. Zum Einstieg empfehle ich Exploring water and other liquids at negative pressure von Frédéric Caupin et al. in J. Phys.: Condens. Matter . doi:10.1088/0953-8984/24/28/284110.

Ich habe den entsprechenden Satz im Artikel entfernt. Die Aussage, dass der hydrostatische Druck von Flüssigkeiten durchaus negativ sein kann, verdient einen eigenen, noch nicht geschriebenen Abschnitt. -<)kmk(>- (Diskussion) 01:56, 11. Okt. 2021 (CEST)

Andere Interpretation des hydrodymaischen Drucks

Hallo, Im Abschnitt Druck (Physik)#Hydrodynamischer Druck steht "Eine andere Interpretation des hydrodynamischen Drucks ist, dass dieser Druck p_d notwendig ist, um ein Fluidelement auf die Geschwindigkeit v zu beschleunigen. Dabei wirkt der hydrodynamische Druck nur in Richtung der Geschwindigkeit, also grundsätzlich anders als der statische Druck, der in alle Raumrichtungen gleich ist!"

Diese Aussage ist unverständlich bis falsch. Wenn in der Mechanik eine Kraft ohne Gegenkraft auf einen Körper wirkt, dann wird der Körper immer weiter beschleunigt ohne dass seine Geschwindigkeit begrenzt wäre. Eine Beschleunigung, die notwendig ist um eine Geschwindigkeit zu erreichen, gibt es nicht bzw. muss nur ungleich 0 sein und dasselbe Vorzeichen wie die Geschwindigkeit haben. Die Aussage erklärt nichts und verwirrt nur.

Der dynamische Druck entspricht der kinetischen Energie der Fluidelemente und ist gar kein Druck im eigentlichen Sinn, weil er eben nicht in alle Raumrichtungen wirkt und sich auch nicht allseitig ausbreitet und auch nicht senkrecht auf Wände wirkt, weil dort ja v=0 ist.

Wenn nichts dagegen spricht werde ich das demnächst korrigieren. --Alva2004 (Diskussion) 12:30, 13. Okt. 2021 (CEST)

@Alva2004: moin, moin

über die Verständlichkeit meiner Aussage kann man sicher mit gutem Grund streiten, ich bin auch noch nicht 100% glücklich damit. Folgende Überlegung hat mich geleitet: In dem Artikel wird der (hydro)dynamische auch als "Staudruck" bezeichnet, d.h. jenen Druck den man verspürt oder messen kann, wenn eine Strömung der Geschwindigkeit v (=Wind) durch eine ruhende Wand auf 0 abgebremst wird. Dieser dynamische Druck wirkt also in (negative) Richtung der Geschwindigkeit und bewirkt die Abbremsung des Luftstromes. Nach dem 3. N. Axiom erfährt die Wand entsprechend die Re-Actio (= Luftwiderstand, der in Richtung der Strömung wirkt). Wechselt man das Bezugssystem und betrachtet eine bewegte Wand durch ruhende Luft, so wird die bewegte Wand die ruhende Luft vor sich beschleunigen ... indem die bewegte Wand auf die Luft den dynamischen Druck gleicher Größe ausübt.

Konnte ich nun besser ausdrücken, wie ich auf die Formulierung gekommen bin?

Dein Argument mit Kraft und Gegenkraft ist ein wichtiger Gesichtspunkt. Ich verstehe unter deinem Begriff "Gegenkraft" hier Reibungskräfte. Z.B. ein frei fallender Körper wird so lange beschleunigt, bis der Luftwiderstand gleich groß der beschleunigenden Gewichtskraft ist, ab da ist seine Fallgeschwindigkeit konstant.

M.E. ist dieses Bild auf eine stationäre Strömung übertragbar, es gibt eine konstante, die Strömung antreibende Kraft, die im Gleichgewicht mit den Strömungswiderständen ist. Strömungswiderstände entstehen z.B. an den begrenzenden Wänden, "weil dort ja v=0 ist" oder bei der Umströmung von Hindernissen (d.h. Luftwiderstand), die antreibende Kraft ist in meinem Bild der dyn. Druck auf die Querschnittsfläche in Richtung der Strömung.

Deine abschließenden Aussage "dynamischer Druck entspricht der kin. Energie" kann ich allerdings nicht teilen, obwohl dieses Gleichstellung oft bemüht wird. Aber es gibt grundsätzliche Unterschiede:

1. Die Einheiten sind unterschiedlich p in [Pa = N/qm] versus E in [J = Nm].
2. Es gibt den 1. Hauptsatz zur Energieerhaltung, aber nichts vergleichbares zur Druckerhaltung...
3. In der Bernoulli Gleichung werden Drücke in Beziehung gesetzt, keine Energien...

M.E. ist es eher so, dass - so wie Kraft entlang eines Weges eine Energieänderung bewirkt - so bewirkt der Druck p auf einer Fläche A entlang eines Weges s eine Energieänderung (p x A x s = p x V).

Nachdem ich versucht habe, meine Gedanken etwas klarer zu beschreiben, würde ich aber gerne erfahren, wie du meine Aussage umformulieren würdest. Störst du dich eher an der "Richtung des dynamischen Druckes" oder eher an der Aussage, der "dynamische Druck kann nicht nur zu einer Abnahme, sondern kann auch zu einer Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit führen"?

P.S. Ich bin noch ein Neuling auf Wikipedia und wenn ich hier irgendwelche (ungeschriebenen) Regel missachte, dann bitte ich darum, es meiner Unerfahrenheit nachzusehen und es mir einfach mitzuteilen ... ich lerne noch ;->

gruß --Dieter F. (Diskussion) 01:09, 14. Okt. 2021 (CEST)

@Dfedra: Hi, Also, was deine Kommunikation angeht, finde ich die angenehm und vorbildlich! Ich bin da schon ganz anderer begegnet :/

Meine Gedanken zum Thema gehen in eine andere Richtung, die ich wünschte, dass sie stärker betont wird: Der dynamische Druck kommt ja aus der Bernoulli-Gleichung, wo er die kinetische Energie repräsentiert. Der Gesamtdruck ist da ein Integral der Bewegung, zu dem nur zwei echte Druckgrößen, der hydrostatische Druck und der Betriebsdruck, beitragen und der dynamische Druck bringt die kinetische Energie ein. Was da passiert ist: Der dynamische Druck und der hydrostatische Druck, das sind die spezifische kinetische und potentielle Energie, können sich durch die Arbeit des mechanischen Drucks ändern, in der Art, dass die Summe aus Energie und Arbeit konstant ist, eben das Integral ergeben. Überspitzt ist das Integral der Bewegung eine wilde Mischung von physikalischen Größen, die auf der Stromlinie einen konstanten Wert annimmt. Besser fände ich es, den Unterschied zwischen dynamischem Druck und statischem Druck klar zu stellen, als ihn irgendwie als Ausnahmedruck darzustellen. --Alva2004 (Diskussion) 17:02, 14. Okt. 2021 (CEST)

@Alva: vielen dank für dein Feedback bezüglich der Kommunikation, das beruhigt mich :-)

Ich teile absolut deine Intention, den Unterschied zwischen dynamischem Druck und statischem Druck klar zu stellen ohne den dyn Druck irgendwie als Ausnahmedruck darzustellen. Das ist die Intention meiner Ergänzung, aber nach deinem Eindruck noch sehr verbesserungsbedürftig.

Aber jetzt habe ich ein Verständnisproblem mit deinen Formulierungen. Du beschreibst verschiedene Drücke mit verschiedenen Qualitäten, was mich durcheinanderbringt, z.B.:

1. es gibt echte und unechte Drücke
2. der dynamische Druck repräsentiert die kin. Energie (ein unechter Druck?)
3. nur der statische Druck und der Betriebsdruck sind echte Drücke (was ist der Betriebsdruck?)
4. (nur?) mechanischer Druck kann Arbeit verrichten (ein echter Druck?)
5. der dyn. Druck ist die spez. kinetische Energie
6. der statische Druck ist die spez. potentielle Energie
7. sind das jetzt echte oder unechte Drücke?

Ich bezweifle die Gleichsetzung von Druck und Energie und hab in meiner 1.Antwort dazu ja schon einige Argumente genannt, die dieser Gleichsetzung widersprechen. Ich würde mir wünschen, dass du darauf eingehen könntest. In deiner 2. Antwort präzisierst du deine Aussage dahingehend, dass du den Druck (in Flüssigkeiten und Gasen) mit einer "spez. Energie" gleichsetzt, kannst du für mich diese spez. Energie definieren? Oder meinst du vielleicht eine Energiedichte? Das würde zumindest von den Einheiten passen und entspricht auch meiner Vorstellung.

bin gespannt auf deine Antwort :-) - gruß - --Dieter F. (Diskussion) 18:43, 14. Okt. 2021 (CEST)

Hallo [[Benutzer:Dfedra, echter Druck ist für mich der mechanische oder thermodynamische, also thermomechanische Druck, der als Kraft pro Fläche definiert ist. Dann gibt es noch den dynamischen Druck und Gesamtdruck, die so nicht wirken, sondern nur dem Namen und den Einheiten nach Drücke sind. Ein Teilchen im Fluid spürt nur den thermomechanischen Druck, der sich aus dem hydrostatischen und dem Betriebsdruck zusammensetzt, deren Summe der statische Druck ist, der ist also gleich dem thermomechanischen Druck. Dann gibt es noch den Druckverlust, der zum Teil aus der Volumenviskosität kommt, aber das lass ich jetzt mal beiseite. Was die Einheiten angeht, schau doch bitte bei Bernoulli-Gleichung und bitte auch Bernoulli-Gleichung#Herleitung. Dann verstehtst Du mich besser. --Alva2004 (Diskussion) 18:56, 15. Okt. 2021 (CEST)

Hallo @Alva2004: Ahh, nach dem Lesen von Bernoulli-Gleichung glaube ich, dass ich jetzt deine Unterscheidung zwischen einem echtem, mechanischen, thermodynamischen oder thermomechanischen Druck und einem unechtem, dynamischen Druck verstehe. Aber zur Sicherheit will ich das an 3 anschaulichen Beispielen erläutern:

Beispiel 1 für einen echten Druck

Luft bewegt sich entlang eines Druckgefälles Δp vom höheren zum niedrigeren Druck (vgl. Die Differenz zwischen statischem Druck, Gesamtdruck und dynamischem Druck) gemäß der Beziehung

  p2 - p1 = ½ ρ (v2 - v1)2

Dabei wird die kinetische Energie der bewegten Luft (durch mechanische Arbeit) von außen dem System zugeführt. Ein Druckgefälle von ca. 70hPa führt gemäß obiger Beziehung z.B. zu einer Windgeschwindigkeit von ca 120 km/h in Richtung des Druckgefälles, wenn die Luft anfangs in Ruhe war (v₁=0)

Beispiel 2 für einen echten Druck

Wenn so ein Wind 8Luftstrom) auf die Fensterfläche A eines senkrecht zum Wind stehenden Hauses trifft, wird die Luftströmung auf 0 abgebremst, dabei erfährt das Fenster eine entsprechend große Kraft F. Diese Kraft führt man auf einen Druck p = A/F durch die bewegte Luft zurück, der sich gemäß der Beziehung

  p2 - p1 = ½ ρ (v2 - v1)2

bzw. bei v₂ = 0 vereinfacht durch

  pStau = ½ ρ vStrömung2

berechnen lässt.
Wo bleibt die kinetische Energie der Luft, die im Bsp. 1 zugeführt wurde?
Bei der Abbremsung der bewegten Luft gibt die Luft z.B. ihre kinetische Energie ganz oder teilweise an andere System ab (z.B. an die Fensterscheibe) oder sie erhöht die innere Energie U der Luft (Temperaturzunahme) oder der Umgebung.

Beispiel 3 für einen unechten Druck

Wenn der Orkan auf ein Hindernis trifft (z.B. das Haus im Bsp. 2), entspricht dies einer Verengung des Strömungsquerschnittes. Aber anders als z.B. beim Autoverkehr vor einer Baustelle entsteht bei der Verengung anstelle eines Staus eine schnellere Umströmung. Diese höhere kinetische Energie in der verengten Stelle wird – anders als im Bsp. 1 – nicht von außen dem System (strömendes Fluid) zugeführt! Da Energie aber nicht aus Nichts entsteht, kann sie nur aus dem Energievorrat der (strömenden) Luft selber kommen, d.h. seiner „inneren Energie U“. Die Änderung der Geschwindigkeit und des Druckes an der verengten Stelle kann man gemäß der Beziehung

  p2 - p1 = ½ ρ (v2 - v1)2

berechnen, wenn man annimmt, dass der Vorgang der Umströmung bei konstanter Temperatur (isotherm) und Dichte (inkompressibel) und ohne Wirbelbildung stattfindet (ideale Strömung).

Habe ich so deine Unterscheidung richtig verstanden? --Dieter F. (Diskussion) 15:36, 16. Okt. 2021 (CEST)