Physikalischen
Schulversuchspraktikum
Vortrag: Flüssigkeiten
(6. Klasse AHS)
Voraussetzungen:
Lernziele:
Versuche:
Hydraulik:
Material:
2 Einwegspritzen (20ml, 5ml)
1 Infusionsbesteck (beides in jeder Apotheke erhältlich)
Versuchsaufbau & Durchführung:
Zuerst schneidet man den Plastikschlauch, der an der Tropfkammer des Infusionsbesteckes hängt ab. Dann steckt man den Schlauch an die 20 ml Spritze und saugt durch diesen Wasser in die Spritze worauf zu achten ist, dass keine Luftblasen entstehen. Wenn das erledigt ist steckt man die 5 ml Spritze an das andere Ende des Schlauches. Schon hat man einen Krafttransformator.
Hydrostatischer Auftrieb:
Material:
1 Balkenwaage mit dazugehörigen Gewichten
1 Glas Wasser
Versuchsaufbau & Durchführung:
Man füllt das Glas mit Leitungswasser und stellt es auf eine Waagschale. Dann wird die Balkenwaage mit Hilfe von Gewichten, die auf die andere Waagschale gelegt werden, ausgeglichen.
Frage:
Was geschieht wenn man den Finger in das Becherglas auf der Waagschale taucht?
Antwort:
Das Becherglas bewegt sich nach unten, da auf den Finger eine Kraft, und zwar der Auftrieb wirkt, wir aber den Finger ins Wasser "drücken". Diese Kraft ist so gering, dass wir sie nicht wahrnehmen, aber sie reicht dennoch aus die Waagschale nach unten zu bewegen.
Resümee
Bei meinem Vortrag habe ich das hydrostatische Paradoxon, nicht wie im Konzept vor dem hydrostatischen Auftrieb, sondern danach besprochen. Das ist Inhaltlich nicht ratsam. Ein weiterer Kritikpunkt, war die Schriftgröße auf den von mir verwendeten Folien, die deutlich zu klein war. Diesen Fehler habe ich in den angehängten Folien bereits eliminiert.
K O N Z E P T
Hydraulik
GRUNDLAGEN
Modell einer idealen Flüssigkeit
Unter einer idealen Flüssigkeit versteht man ein Medium,
das völlig inkompressibel ist und dessen Teilchen
sich reibungsfrei gegeneinander verschieben lassen.
Definition Druck + gebräuchliche Einheiten
VERSUCH: Spritzen
Kraft * Weg = Arbeit
Zugeführte Arbeit muss am zweiten Kolben wieder abgegeben werden weil die Flüssigkeit, inkompressibel und reibungsfrei, keine Energie speichern kann.
Kolbenfläche * Weg = Volumen
Die Flüssigkeitsvolumina müssen gleich sein -> weil inkompressibel
Folgerung:
In ruhenden idealen Flüssigkeiten und Gasen, die der Schwerkraft
Nicht unterworfen sind, herrscht überall der gleiche Druck.
Hydrostatisches Paradoxon:
GRUNDLAGEN:
Der Gewichtsdruck, den eine ruhende Flüssigkeit am Boden des
Gefäßes besitzt, hängt von der örtlichen Fallbeschleunigung,
von der Dichte und von der Höhe der Flüssigkeitssäule,
nicht aber von der Form des Gefäßes ab.
Versuch ist relativ unspektakulär
Es kann jeder zuhause mit einer Gießkanne nachprüfen, ob der Wasserpegel im Gießrohr gleich dem Wasserpegel in der eigentlichen Kanne ist.
Hydrostatischer Auftrieb:
GRUNDLAGEN:
Ein Körper erfährt in einer ruhenden Flüssigkeit,
die unter dem Einfluss der Schwerkraft steht, einen Auftrieb.
Er ist lotrecht nach oben gerichtet und greift am Schwerpunkt
der verdrängten Flüssigkeitsmenge an. Sein Betrag ist gleich groß
wie das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit.
Wurde vor mehr als 2000 Jahren von Archimedes entdeckt und wird deshalb auch als archimedisches Prinzip bezeichnet.
Das von Archimedes entdeckte Phänomen gilt nicht nur in Flüssigkeiten sondern auch wenn der Körper von einem der Schwerkraft unterworfenen Gas umgeben ist.
Es ermöglicht z.B. Heißluftballons in die Höhe zu steigen
VERSUCH:
auf der einen Wagschale ein mit Wasser gefülltes Gefäß
Waage ausgleichen
Finger bzw. Gegenstand eintauchen
Was wird passieren?
A N H A N G
Hydraulik - Rechenbeispiel
Zwei Kolben (Grundfläche = Kreis):
Kolben
1: d1
= 4 cm -> r1 = 2 cm F1
= ? Kolben
2: d2
= 2 cm -> r2 = 1 cm F2
= ?
Hydraulik
Es gelten folgende Beziehungen:
Aus diesen beiden Gleichungen erhalten wir:
Da Kraft pro Fläche nichts anderes als der Druck ist,
ist die Gleichung gleichbedeutend mit:
Hydrostatisches Paradoxon
Obwohl sich die Wassermengen in den Gefäßen stark unterscheiden, ist der Druck am Boden der Gefäße überall gleich.
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