Theorie:
Was übt einen größeren Druck auf den Boden aus - ein Elefant oder ein Mensch in Stöckelschuhen?
Ein Elefant wiegt etwa \(4000\)\(kg\), für den Menschen wollen wir \(50\)\(kg \)annehmen.
Die Antwort auf die Frage ist vielleicht überraschend: der Druck hängt nicht nur von der Masse des Körpers ab.
Der Druck gibt an, welche Kraft pro Flächeneinheit wirkt.
Im Internationalen Einheitensystem wird der Druck in Newton pro Quadratmeter oder in Pascal gemessen:
Die Kraft, die senkrecht auf eine Oberfläche (z.B. den Boden) einwirkt, heißt Druckkraft. Oft ist die Druckkraft das Gewicht des Körpers.
Man kann bei der gleichen Kraft verschiedene Werte für den Druck erhalten, je nachdem, auf welche Fläche diese Kraft wirkt. Je kleiner die Fläche ist, desto größer ist der Druck (bzw. umgekehrt).
Die SI-Einheit des Druckes, das Pascal (\(1 Pa\)) entspricht einem kleinem Druck. Deshalb benutzt man oft folgende abgeleitete Einheiten:
Hektopascal \(1\)\(hPa \)\(= 100\)\(Pa\);
Kilopascal \(1\)\(kPa \)\(= 1000\)\(Pa\);
Megapascal \(1\) \(MPa \)\(= 1000 000\)\(Pa\);
Gigapascal \(1\) \(GPa \)\(= 1000 000 000\)\(Pa\).
Beispiel:
Kehren wir zurück zu unserem Beispiel mit dem Elefant und den Stöckelschuhen.
Um den Druck zu bestimmen, ermittelt man die Fläche, auf die der Körper den Druck ausübt.
Die Fläche einer Fußsohle des Elefanten beträgt ungefähr \(200\). Da er auf vier Beinen steht, multipliziert man diese Zahl mit \(4\).
Die Sohlenfläche eines Stöckelschuhs beträgt ungefähr \(10\).
In beiden Fällen ist die Kraft, die auf den Boden einwirkt, das jeweilige Körpergewicht.
Wir vergleichen also:
Antwort: Der Elefant und der Mensch üben den gleichen Druck auf den Boden aus.
Im Alltag verwendet man oft Geräte, die den Druck verkleinern oder vergrößern.
Beispielsweise werden Scheren oder Messer geschliffen. Dadurch verkleinert sich die Oberfläche, auf die die Kraft einwirkt und es vergrößert sich der Druck.
Nadeln sind zugespitzt, denn es ist leichter mit einer spitzen Nadel zu nähen (der Druck ist so bei gleicher Kraft größer).
Im Winter benutzt man Ski oder Schneeschuhe, um die Oberfläche, auf die das Körpergewicht verteilt ist, zu vergrößern und so den Druck auf den Schnee zu verkleinern. Ein Mensch auf Ski sinkt weniger in den Schnee ein als derselbe Mensch mit gewöhnlichen Schuhen.
Die Raupenkette einer Planier- oder Pistenraupe (oder auch bei manchen Panzern, usw.) verringern den Druck der Maschinen auf den Boden.
