Über dieses Experiment
Dieselbe Belastung erzeugt unterschiedliche Drücke, wenn sie auf verschiedene Flächen verteilt wird. Verbreitere die Kontaktfläche und beobachte, wie sich die Druckmarkierungen weniger stark konzentrieren. Erkläre mithilfe der umgekehrten Kurve Schneeschuhe, breite Fundamente und scharfe Werkzeuge, und unterscheide dabei zwischen Kraft und Druck.
Lernziele
- Untersuche, wie sich die Kontaktfläche auf den Kontaktdruck auswirkt, während die anderen Variablen konstant gehalten werden.
- Nutze das Diagramm und die Messwerte, um eine Vorhersage zu überprüfen.
- Erkläre die physikalischen Annahmen und wo dieses Modell nicht mehr gilt.
Anleitung
- 1Stelle die Kraft auf 200 N und die Fläche auf 100 cm² ein. Überprüfe, dass der Druck 20 kPa beträgt.
- 2Verdopple die Kontaktfläche, ohne die Kraft zu ändern. Sage den neuen Druck voraus.
- 3Speichere die Kurve, verdopple die Kraft und vergleiche den Druck bei gleicher Fläche.
- 4Stelle die Kraft auf null. Warum liegt die gesamte Kurve auf der horizontalen Achse?
Das Modell
Annahmen
- Die Normalkraft ist gleichmäßig über die eingegebene ebene Kontaktfläche verteilt.
- Das Diagramm zeigt einen Querschnitt der Kontaktfläche, deren Breite proportional zur Quadratwurzel der Fläche ist. Verformung und Materialversagen werden nicht berechnet.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Welchen Druck übt eine Kraft von 600 N auf 300 cm² aus?
- Q2Warum bleibt der Druck unverändert, wenn sowohl die Kraft als auch die Fläche verdoppelt werden?
Häufig gestellte Fragen
Ist das der Druck an jedem Punkt?
Es handelt sich um den durchschnittlichen Kontaktdruck. Der tatsächliche Kontaktdruck kann an den Rändern oder auf rauen Oberflächen variieren.
Warum steigt die Kurve bei kleinen Flächen so stark an?
Der Druck ist umgekehrt proportional zur Fläche. Das Modell lässt niemals eine Fläche von null zu, da der Ausdruck dann undefiniert wäre.