2 Glasplatten mit Wasser dazwischen

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Hallo!
Hoffe, hier richtig zu sein (oder hätte ich doch zu den Physikern oder Chemikern gemusst? *am Kopf kratz*) …

Ihr kennt doch bestimmt den Effekt, der bei zwei plan aufeinander liegenden Glasplatten mit einer dünnen Wasserschicht dazwischen auftritt: in tangentialer Richtung kann man die Plattn sehr leicht gegeneinander verschieben, auseinanderziehen in Normalenrichtung benötigt viel Kraft.

Meine Frage: hat schon mal jemand gemessen, wie groß die Kraft ist, um die Platten in normaler Richtung auseinanderziehen. Eine Größenordnung reicht mir eigentlich.

Ach ja, wenn noch jemand für mich das Stichwort hat, wie man den Effekt nennt, hab’ ich auch nix dagegen …

Gruß
peherr

#2

Hallo peherr,

wenn Du beide Platten senkrecht trennen möchtest, mußt Du 1 kg pro Quadratzentimeter der Plattenabmasse aufwenden. Die Platten werden schlichtweg vom Luftdruck aneinandergepresst weil zwischen die Platten keine Luft kommen kann. Außer Du wanderst mit Deinen Platten auf einen hohen Berg, dann ist es etwas weniger als 1 kg/cm2.

Welchen Namen suchst Du für den Effekt?

Grüße, Rudolf

#3

wenn Du beide Platten senkrecht trennen möchtest, mußt Du 1 kg
pro Quadratzentimeter der Plattenabmasse aufwenden. Die
Platten werden schlichtweg vom Luftdruck aneinandergepresst
weil zwischen die Platten keine Luft kommen kann. Außer Du
wanderst mit Deinen Platten auf einen hohen Berg, dann ist es
etwas weniger als 1 kg/cm2.

Welchen Namen suchst Du für den Effekt?

Hi Rudolf!
Erst mal Danke für die Info.

Ich hatte mir eingebildet, für diesen Effekt gibts noch einen besonderen Fachbegriff …

Und auf Grund der Antwort drängen sich mir dann noch weitere Fragen auf:

  • Die Anzugskraft ist unabhängig von dem Material der Platten und der verwendeten Flüssigkeit?
  • Wenn ich mit den Platten ins Vakuum gehe, fallen sie einfach so auseinander?

Danke schon mal
peherr

#5

Hi,

Ich hatte mir eingebildet, für diesen Effekt gibts noch einen
besonderen Fachbegriff …

Nennen wir ihn „Heinz“, ok? Ich kenne keinen richtigen Namen dafür.

  • Die Anzugskraft ist unabhängig von dem Material der Platten
    und der verwendeten Flüssigkeit?

In erster Näherung ja, denn es ist allein der Luftdruck, der drückt.

  • Wenn ich mit den Platten ins Vakuum gehe, fallen sie einfach
    so auseinander?

In erster Näherung ja, denn dort drückt ja keine Luft.

Davon abgesehen gibt es materialabhängige Kohäsionskräfte, die die Platten zusammenhalten. Diese sind ausserhalb des Vakuums aber vernachlässigbar klein.

Gruss,

#6

Hi,

Die
Platten werden schlichtweg vom Luftdruck aneinandergepresst

das heißt deiner Meinung nach würden die Platten sowohl im Vakuum als auch unter Wasser auseinanderfallen? Sorry, die Erklärung von Ralf gefällt mir da besser.

Viele Grüße,
J~

#7

Hallo James,

das heißt deiner Meinung nach würden die Platten sowohl im
Vakuum als auch unter Wasser auseinanderfallen?

Vakuum ja, aber warum im Wasser? Dort ist der (Wasser-) Druck doch mit zunehmender Tiefe zunehmend größer, aber immer >= Luftdruck.

Sorry, die Erklärung von Ralf gefällt mir da besser.

Ob sie besser gefällt, darüber kann man ja (nicht) streiten, vielleicht ist sie sogar (auch) richtig, aber das würde das vertikale Verschieben nicht erklären. Leider hat er das mit der Wirkung des Luftdrucks auch nicht verstanden, denn dieser wirkt sehrwohl von oben auf die obere, als auch von unten auf die untere Platte.

Ich sehe keine Gründe gegen den Luftdruck, nicht mit 1kg/cm^2 zu wirken.

Gruß
achim

Disclaimer: kg wird hier mit der durch es in Erdnähe hervorgerufenen Gewichtskraft gleichgesetzt, der Zahlenwert 1 ist für die Aufgabenstellung ein Näherungswert, dessen Fehler bei üblichen Bedingungen

#8

Hallo!

Ihr kennt doch bestimmt den Effekt, der bei zwei plan
aufeinander liegenden Glasplatten mit einer dünnen
Wasserschicht dazwischen auftritt: in tangentialer Richtung
kann man die Plattn sehr leicht gegeneinander verschieben,
auseinanderziehen in Normalenrichtung benötigt viel Kraft.

Jaaa. Stell mal eine dünne Glasröhre in
einen Topf Wasser und schau was das Wasser
macht.

Wasser/Glas: konkaver Meniskus
Quecksilber/Glas: konvexer Meniskus

Ach ja, wenn noch jemand für mich das Stichwort hat, wie man
den Effekt nennt, hab’ ich auch nix dagegen …

War mein „Hinweis“ ausreichend? Jetzt bekommst Du’s
selber raus, oder?

Grüße

CMБ

#9

Hi,

Vakuum ja, aber warum im Wasser?

RuBa schrieb:
Die Platten werden schlichtweg vom Luftdruck aneinandergepresst weil zwischen die Platten keine Luft kommen kann.

Okay, etwas wortklauberisch könnte man sagen, unter Wasser gibts keine Luft, also auch kein Luftdruck und deswegen kann die Aussage nicht stimmen.
Andererseits hätten wir aber unter Wasser nur ein Medium. Sowohl „drumrum“ als auch zwischen den Platten und es würde sich direkt berühren. Wäre das nicht so wie „überall“ nur Luft? Dann würden die Platten nämlich auch nicht so fest aneinander kleben.

Dort ist der (Wasser-) Druck
doch mit zunehmender Tiefe zunehmend größer, aber immer >=
Luftdruck.

Natürlich. Aber aus einem Druck allein folgt keine Kraft, dafür braucht es eine Differenz.

Hmm, mir fällt grade was ein. Damit die Scheiben kleben: Würde sie auch, wenn sie unendlich starr wären oder müssen sie sich biegen können?

Ob sie besser gefällt,

Ich fand sie technisch schlüssiger; zufrieden? :wink:

Viele Grüße,
J~

#10

Hi James,

anschienend hätten wir die Wirkungsweise besser erklären sollen.

Stell dir die Glasplatten als Experiment aussen abgtedichtet vor. Dann wird jedem klar, zum Ausseinander-ziehen muß ich wie bei den Magdeburger Halbkugeln den Luftdruck überweinden.

Das Wasser wirkt teilweise auch wie eine Abdichtung. Bei nur Luft ist der effekt immer noch da, aber deutlich kleiner, da 1) Luft viskoser ist (also schneller nachströmen kann) und 2) Luft besser expandiert, wenn sich innen ein kleiner hohlraum bildet.

Andererseits hätten wir aber unter Wasser nur ein Medium.
Sowohl „drumrum“ als auch zwischen den Platten und es würde
sich direkt berühren. Wäre das nicht so wie „überall“ nur
Luft?

Ja, aber (wie oben gesagt) Luft „dichtet“ halt nicht ganz so gut wie wasser.

Natürlich. Aber aus einem Druck allein folgt keine Kraft,
dafür braucht es eine Differenz.

Die Differenz entsteht genau dann, wenn durchs Ziehen zwischen den Platten ein kleines „Vakuum“ entsteht. Dann wirkt von oben auf die obere, von unten auf die untere, und die Mitte drückt (dank Vakuum) nicht.

Hmm, mir fällt grade was ein. Damit die Scheiben kleben: Würde
sie auch, wenn sie unendlich starr wären oder müssen sie sich
biegen können?

interessante Frage. Leider verlieren sich im Unendlichen viele Dinge. Wenn sie Trotzdem noch aussen abgedichtet sind… denke ja.

Als Beispiel für die „Dichtkraft“ von Wasser und die geringere Expansionsfähigkeit: Du kennst das Experiment vom Bierdeckel unterm gefüllten Wasserglas. Das Funktioniert nur wenn Wasser (und nicht Luft) abdichtet. Und je größer die Luftblase im Wasserglas, umso eher „hält“ der Bierdecke nicht mehr. Wenn die Luftblase sich um 1% vergrößert, herrschen noch immer 99% Luftdruck. Beim Wasser herrst da nur noch der Dampfdruck.

ich hoffe so wird es klarer

Gruß
achim

#11

Hallo Achim,

[„luftdruck“ als ursache für haftung zwischen ebenen]

Ich denke, Deine Erklärung ist nicht ganz richtig.

Denn: Warum sollte das Wasser zwischen den Platten
nicht einfach an zufällige Punkte strömen und die
Luft hereinlassen.

Genau das tut es aber nicht. Am besten,
wir denken nochmal nach :wink:

Ausserdem: die besprochene „Anziehung“ ist stark
vom Abstand zwischen den Platten abhängig. Liegen
die Platten „etwas“ weiter auseinander, verschwindet
der Effekt, auch wenn ganz dicht Wasser zwischen den
Platten ist. Es läut einfach heraus.

Ich verrate den Begriff mal noch nicht, einer
wird sicher noch drauf kommen.
(siehe auch Israelachvilli, 2’nd Ed. S.330)

Grüße

CMБ

#12

Hallo Achim,

Du meinst es schon richtig, aber es stören mich in Deinem Text ein paar Worte. Deshalb also ich der Korinthenkaker:

Luft besser expandiert, wenn sich
innen ein kleiner hohlraum bildet.
Die Differenz entsteht genau dann,
wenn durchs Ziehen zwischen den
Platten ein kleines „Vakuum“ entsteht.

Schauen wir uns einfach an, was entsteht wenn wir die zwei Glasplatten feucht aufeinanderlegen und leicht aneinanderpressen: Das meiste Wasser und die ganze Luft geht aus dem Zwischenraum raus, wo Unebenheiten der Glasplatte Luft eingeschlossen hätten, bleibt ein kleiner Rest Feuchtigkeit.

Jetzt drückt der Luftdruck von oben, unten und seitlich auf das Gebilde von zwei Glasplatten, zwischen die aber keine Luft eindringen kann, weil Feuchtigkeit dazwischen ist. Es verhält sich wie EIN Stück.

Beim Ziehen entsteht kein Hohlraum und kein kleines Vakuum sondern der Luftdruck presst beide Platten aneinander. Nimm an, die Platten sind 10 * 10 cm klein, trotzdem presst der Luftdruck sie mit 100 kg aneinander. Wenn Du mit weniger als 100 kg ziehst, geschieht NICHTS ausser das die Platten sich weniger aneinanderpressen. Sobald Du die 100 kg erreichst und Luft in den Spalt eindringt, ist der Zauber wieder vorbei.

Weil andere Teilnehmer von Adhäsion und anderen wissenschaftlichen Dingen geredet haben, da ist schon theoretisch was dran aber Wasser ist halt kein richtiger Klebestoff und alles andere als Luftdruck ist vernachlässigbar klein.

Grüße, Rudolf

#13

Hallo Rudolf

Schauen wir uns einfach an, was entsteht wenn wir die zwei
Glasplatten feucht aufeinanderlegen und leicht
aneinanderpressen: Das meiste Wasser und die ganze Luft geht
aus dem Zwischenraum raus, wo Unebenheiten der Glasplatte Luft
eingeschlossen hätten, bleibt ein kleiner Rest Feuchtigkeit.

Jetzt drückt der Luftdruck von oben, unten und seitlich auf
das Gebilde von zwei Glasplatten, zwischen die aber keine Luft
eindringen kann, weil Feuchtigkeit dazwischen ist. Es verhält
sich wie EIN Stück.

Machen wir ein Gedankenexperiment.

Wir nehmen 2 trockene, plane, große
Glasplatten, legen sie „locker“ aufeinander
und stellen sie hochkant in ein „Wasserbad“;
d.h. sie stehen unten ein wenig im Wasser.

Was passiert? Und warum?

Weil andere Teilnehmer von Adhäsion und anderen
wissenschaftlichen Dingen geredet haben, da ist schon
theoretisch was dran aber Wasser ist halt kein richtiger
Klebestoff und alles andere als Luftdruck ist vernachlässigbar
klein.

„If you say so“

Grüße

CMБ

#14

Zustimmung
Hallo.

Beim Ziehen entsteht kein Hohlraum und kein kleines Vakuum
sondern der Luftdruck presst beide Platten aneinander. Nimm
an, die Platten sind 10 * 10 cm klein, trotzdem presst der
Luftdruck sie mit 100 kg aneinander. Wenn Du mit weniger als
100 kg ziehst, geschieht NICHTS ausser das die Platten sich
weniger aneinanderpressen.

Und um die These von der Adhäsion zu widerlegen, gehen wir mal von folgender Formel aus:

F = γ*(A/d)

mit der Fläche A=10cm*10cm=0,01m², der Oberflächenspannung γ=0,07 N/m und dem Abstand der Glasplatten d=0,1mm=0,0001m.

Das ergibt eine Kraft zwischen den Glasplatten von F=14N , was ungefähr 1,4kg entspricht, die man überwinden müsste. Das ist nicht wirklich viel, erst recht nicht im Vergleich zu der Kraft, die der Luftdruck auf die gleiche Fläche ausübt. Das macht deutlich, dass die von anderen hier angführte Adhäsion eher zu vernachlässigen ist.

mfG Dirk

#15

Nachtrag…

F = γ*(A/d)

Hier fehlt natürlich eine 2, also:

F = 2γ*(A/d)

#16

Hallo Rudolf,

für den Laienleser sollte klar gestellt werden, dass wir beide hier den Effekt Luftdruck favorisieren, andere dagegen Adhäsion, Kapilarwirkung etc. Beim Thema Luftdruck gehts jetzt vorwiegend nur um eine Anschlauliche Darstellung.

Schauen wir uns einfach an, was entsteht wenn wir die zwei
Glasplatten feucht aufeinanderlegen und leicht
aneinanderpressen: Das meiste Wasser und die ganze Luft geht
aus dem Zwischenraum raus, wo Unebenheiten der Glasplatte Luft
eingeschlossen hätten, bleibt ein kleiner Rest Feuchtigkeit.

korrekt. Diese Feuchtigkeit verdrängt u.A. die sonst vorhanden Luft und wirkt als Dichtstoff (warum z.B. Saugnäpfe feucht besser halten).

Jetzt drückt der Luftdruck von oben, unten und seitlich auf
das Gebilde von zwei Glasplatten, zwischen die aber keine Luft
eindringen kann, weil Feuchtigkeit dazwischen ist. Es verhält
sich wie EIN Stück.

korrekt.

Beim Ziehen entsteht kein Hohlraum und kein kleines Vakuum
sondern der Luftdruck presst beide Platten aneinander.

fast korrekt, das Wasser zwischen den Platten wird aber noch auf Luftdruck-Druck zusammengepresst, und wirkt so dem Luftdruck entgegen. Wie eine sehr steife Feder. Erst in dem Augenblick, wo ich dran ziehe, entspannt sich diese Feder Wasser, und zwar maximal bis zum Dampfdruck von Wasser. Bei 99°C heissem Wasser würden daher die Scheiben auch fast nicht halten.

Das von mir angeführte „Vakuum“ habe ich zur nur als übertriebenes Gedankenexperiment in „“ gesetzt, praktisch würde vorher Luft von den Seiten eindringen.

Nimm an, die Platten sind 10 * 10 cm klein, trotzdem presst der
Luftdruck sie mit 100 kg aneinander. Wenn Du mit weniger als
100 kg ziehst, geschieht NICHTS ausser das die Platten sich
weniger aneinanderpressen.

fast Korrekt. Da Wasser viskos ist, und tangential durchaus verschoben werden kann, kann auch vorher schon „Luft“ in die Mitte der Platten eindringen. Der Wert von 1Kg/cm^2 ist daher nur ein Maximalwert, (Luftdruck, vermindert um den Dampfdruck des Wassers.)

Sobald …Luft in den Spalt eindringt, ist der Zauber wieder vorbei.

korrekt.

Gruß
achim.

#17

Danke!
Hilfe!
Bzw. erst mal Hallo zusammen!

Hatte nicht gedacht, dass ich mit meiner Frage nach einem Zahlenwert eine so umfangreiche Diskussion des Themas bekomme …

Jetzt glaub’ ich auch die Phsyik dahinter verstanden zu haben (obwohl mich das in meinem ursprünglichen Posting nicht wirklich interessiert hat).

Danke für die ganzen, z.T. umfassenden Beiträge!
Gruß
peherr