hallo zusammen,
vielleicht kann mir ja jemand weiterhelfen. füllt man einen senkrecht stehenden strohhalm komplett mit wasser und dichtet ihn anschließend an seiner oberseite ab, so bleibt das wasser im innern „gefangen“.
welche kraft hält die flüssigkeit im strohhalm und wie man sie berechnen?
gruß
brones
Hallo!
welche kraft hält die flüssigkeit im strohhalm und wie man sie
berechnen?
Es sind zwei Kräfte:
F = p * A
F: Kraft
p: Luftdruck (unter Normalbedingung p = 101325 Pa)
A: Querschnittsfläche
Achtung: Damit die Kraft F tatsächlich in Newton heraus kommt, muss man die Fläche A in der Einheit Quadratmeter einsetzen. Das ist bei einem Strohhalm eine ziemlich kleine Zahl!
http://de.wikipedia.org/wiki/Kapillarkr%C3%A4fte
Michael
Michael
Hallo brones,
es spielt noch eine dritte Kraft eine Rolle, nämlich die Oberflächenspannung.
Das läßt sich schön zeigen, wenn Du an das untere, offene Ende mit einem Zahnstocher etwas Spülmittel bringst.
Das Wasser sollte mehr oder weniger sofort auslaufen.
Gandalf
Vielleicht kann mir ja jemand weiterhelfen. füllt man einen
senkrecht stehenden strohhalm komplett mit wasser und dichtet
ihn anschließend an seiner oberseite ab, so bleibt das wasser
im innern „gefangen“.
welche kraft hält die flüssigkeit im strohhalm und wie man sie
berechnen?
Gandalf und Michael haben das perfekt mit allen Aspekten erklärt. Ich lese aber aus Deiner Frage heraus, dass Dir das physikalische Grundwissen für das Phänomen nicht bekannt war. Der Luftdruck verhindert das Ausfließen. Erst eine Wassersäule von 10 Metern erzeugt einen Gegendruck, der dem Luftdruck gleich kommt. Bei Quecksilber sind es wegen des spezifischen Gewichts nur 76 cm (Barometer, die Länge der Quecksilbersäule zeigt den Luftdruck an).
Ein hübscheres Experiment als der Strohhalm ist das mit Wasser gefüllte Glas. Wegen der größeren Weite/Öffnung muss unten ein Blatt Papier angelegt werden.
Udo Becker
schon einmal vielen dank für die antworten,
ich muss dazu sagen, dass ich schon grundwissen dazu hatte. jedoch wollte ich die frage so allgemein wie möglich formulieren, damit ich möglichst viele unterschiedliche antworten bekomme.
um jetzt noch einmal auf das problem zu kommen, so existiert also ein kräftegleichgewicht zwischen:
gewichstkraft(wassersäule)
= kraft(luftdruck)+kapillarkraft ??
Gewichtskraft = m*g
kraft(Luftdruck) = p*A
kapillarkraft = oberflächenspannung*umfang
die kapillarkraft ist doch die kraft der oberflächenspannung, oder??
Aber ob das so stimmt? ich habe jetzt ein röhrchen mit einem durchmesser von 10mm und einer länge von 90 mm angenommen.
Die gewichtskraft beträgt dann 0,069 N.
Ihr gegenüber stehen die Kapillarkraft mit 0,00229 N und die Kraft durch den Luftdruck mit 7,958 N (!!!). hier sieht man schon, dass ich die kraft des luftdruckes auf die wassersäule nicht mit p*A berechnen kann.
habe ich jetzt irgendwo einen denkfehler?
dann im vorraus nochmals danke
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Hi…
um jetzt noch einmal auf das problem zu kommen, so existiert
also ein kräftegleichgewicht zwischen:
gewichstkraft(wassersäule)
= kraft(luftdruck)+kapillarkraft ??
Aber ob das so stimmt? ich habe jetzt ein röhrchen mit einem
durchmesser von 10mm und einer länge von 90 mm angenommen.
Die gewichtskraft beträgt dann 0,069 N.
Ihr gegenüber stehen die Kapillarkraft mit 0,00229 N und die
Kraft durch den Luftdruck mit 7,958 N (!!!). hier sieht man
schon, dass ich die kraft des luftdruckes auf die wassersäule
nicht mit p*A berechnen kann.
Warum denn nicht? Das Ergebnis ist korrekt.
Es ist halt für manchen überraschend, wieviel Kraft der Luftdruck aufbringt.
Du willst wahrscheinlich darauf hinaus, daß diese große Kraft das Wasser oben aus dem Strohalm pressen müsste; Aber da ist Dein Daumen drauf 
Mal ernsthaft: würde man die Oberseite mit einem sehr leichten Deckel verschliessen, den die 7.9 N ohne weiteres anheben könnten, würde trotzdem nichts passieren, weil auf dem Deckel ebenfalls der Lufdruck lastet.
genumi
aber in experimenten habe ich einen maximalen durchmesser von 10 mm bei einer länge von 90 mm ermittelt. über 10 mm habe ich fast keine haltekraft mehr. hier mal meine rechnung mit 20mm durchmesser bei 90 mm länge.
der gewichtskraft steht mehr als die 100 fache kraft durch den luftdruck gegenüber. also müsste das wasser theoretisch in der bohrung bleiben, aber in der praxis trifft dies nicht zu. jedoch spielt greift die kraft des luftdruckes auch auf die fläche der wassersäule an, dh eine „ganz weiche“ haut die sich aufgrund der oberflächenspannung bildet. irgendwie muss ich in meine berechnung noch den einfluss der viskosität einbringen, ich habe aber keine ahnung wie…
hat da jemand eine idee??
nochmals vielen dank für die antworten
RECHNUNG:
geg: Durchmesser 20 mm
0,02 m
Radius 0,01 m
Fläche 0,000314159 m²
314,1592654 mm²
Höhe 90 mm
0,09 m
Volumen 2,82743E-05 m³
m = r*V 0,028274334 kg
Dichte 1000 kg/m³
Oberflächenspannung 72,8 mN/m
0,0728 N/m
Erdbeschleunigung 9,81 m/s²
Luftdruck 101325 Pa = kg/(m*s²) = N/m²
Berechnung:
Gewichtskraft FG=m*g 0,277371215 N
Kapillarkraft Fs=s*l 0,004574159 N
Luftdruck F=p*A 31,83218756 N