Ich heiße Alexander FufaeV und hier schreibe ich über:

Was ist (mechanischer) Druck?

Wichtige Formel

Formel: Mechanischer Druck

$$\mathit{\Pi} ~=~ \frac{ \class{red}{F} }{A}$$ $$\mathit{\Pi} ~=~ \frac{ \class{red}{F} }{A}$$ $$\class{red}{F} ~=~ \mathit{\Pi} \, A$$ $$A ~=~ \frac{ \class{red}{F} }{\mathit{\Pi}}$$

Formel umstellen

Was bedeuten diese Formelzeichen?

Druck

$$ \mathit{\Pi} $$ Einheit $$ \mathrm{Pa} = \frac{ \mathrm{N} }{ \mathrm{m}^2 } $$

Druck ist das Ergebnis einer auf eine Fläche $ A $ orthogonal einwirkenden Kraft $ \class{red}{F} $. Der Druck wird mit dem griechischen Großbuchstaben 'Pi' abgekürzt.

Kraft

$$ \class{red}{F} $$ Einheit $$ \mathrm{N} $$

Es ist die Kraft, die auf jeden Punkt der Fläche $A$ orthogonal (senkrecht) einwirkt.

Fläche

$$ A $$ Einheit $$ \mathrm{m}^2 $$

Das ist die Fläche, auf die die Kraft $\class{red}{F}$ einwirkt.

Der Druck $ \mathit{\Pi} $ ist definiert als Kraft $F$, die senkrecht auf eine Fläche $A$ wirkt:

$$ \begin{align} \mathit{\Pi} ~=~ \frac{F}{A} \end{align} $$

Eine Kraft $F$ wirkt senkrecht auf eine Fläche $A$ und übt damit einen Druck auf die Fläche aus.

Der Druck wird hier mit dem griechischen Großbuchstaben $ \mathit{\Pi} $ (ausgesprochen: Pi) abgekürzt. Manchmal wird der Druck auch mit dem Buchstaben $p$ abgekürzt, das wird hier aber vermieden, weil $p$ bereits für den Impuls benutzt wird.

Einheit des Drucks:
Die Kraft $F$ hat die Einheit $ \mathrm{N} $ (Newton) und steht abkürzend für die Einheit $ \frac{\mathrm{kg} \, \mathrm{m}}{\mathrm{s}^2} $ (Kilogramm pro Sekunde zum Quadrat). Die Fläche $A$ hat die Einheit $ \mathrm{m}^2$ (Quadratmeter). Wegen Gleichung 1 muss der Druck $ \mathit{\Pi} $ die Einheit $ \frac{\mathrm{N}}{\mathrm{m}^2} $ haben. Newton pro Quadratmeter wird beim Druck meistens mit der Einheit $ \mathrm{Pa} $ (Pascal) abgekürzt.

Aus der Definition 1 des Drucks können wir folgende Informationen ablesen:

Je größer die den Druck ausübende Kraft $F$, desto größer ist der Druck $\mathit{\Pi}$.
Je kleiner die Fläche $A$, auf die die Kraft ausgeübt wird, desto größer ist der Druck $\mathit{\Pi}$.

Beispiel: Druck auf ein Brett

Eine Kraft $F = 2 \, \mathrm{N}$ wird auf ein Brett der Fläche $A = 1 \, \mathrm{m}^2$ ausgeübt. Das Brett erfährt nach Gl. 1 folgenden Druck:

$$ \begin{align} \mathit{\Pi} ~=~ \frac{2 \, \mathrm{N}}{1 \, \mathrm{m}^2} ~=~ 2 \, \mathrm{Pa} \end{align} $$

Es gibt verschiedene spezielle Bezeichnungen des Drucks, die sich aber alle auf die Definition 1 zurückführen lassen. Hier sind einige Beispiele:

Luftdruck - wird verursacht durch die von der Luft ausgeübten Gewichtskraft. Der Luftdruck auf der Meereshöhe beträgt $ 10^5 \, \mathrm{Pa} $. Daher wird üblicherweise für den Luftdruck die Einheit "Bar" verwendet: $ 1\, \mathrm{bar} = 10^5 \, \mathrm{Pa} $.
Schweredruck - wird ebenfalls verursacht durch die Gewichtskraft, die eine Flüssigkeit oder ein Gas ausübt.

Beispiel: Luftdruck

Betrachte einen Ball. Die Luft um den Ball herum besteht aus vielen kleinen Teilchen, die sich in beliebige Richtung herumbewegen. Bei ihrer Bewegung stoßen sie von allen Seiten auf den Ball und prallen ab. Da es ganz viele Teilchen sind und damit auch viele Stöße, erfährt der Ball einen gleichmäßigen Druck von allen Seiten. Der Luftdruck, der auf einen Ball ausgeübt wird, ist nichts anderes als das Zusammenprallen der Luftteilchen mit dem Ball.