Unterschiede zwischen Unterdruck und Überdruck

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Unterschiede zwischen Unterdruck und Überdruck

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Wie breitet sich eine Schockwelle mit einem Überdruck Po in freier Luft aus?

Wie berechnet man den Druck P2 in einer Röhre für eine Luftströmung mit bekannten Höhenwerten, Temperaturen und Druck am Punkt A?

Wird ein Fisch unter einem 320.000-Tonnen-Schiff zerdrückt und warum oder warum nicht?

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Unterdruck und Überdruck beziehen sich auf den Druck in einem bestimmten Raum im Vergleich zum Umgebungsdruck. - **Unterdruck**: Dies ist ein Zustand, in dem der Druck in einem Raum niedriger ist als der Umgebungsdruck. Unterdruck entsteht häufig in Vakuumkammern oder wenn Luft aus einem Raum entfernt wird. In einem unterdruckhaltigen Raum wird die Luft von außen in den Raum gedrückt, um den Druck auszugleichen. - **Überdruck**: Im Gegensatz dazu ist Überdruck der Zustand, in dem der Druck in einem Raum höher ist als der Umgebungsdruck. Dies kann durch das Hinzufügen von Luft oder Gas in einen geschlossenen Raum geschehen, wie zum Beispiel in einem Druckbehälter oder in bestimmten industriellen Anwendungen. In einem überdruckhaltigen Raum wird die Luft nach außen gedrückt, wenn eine Öffnung vorhanden ist. Zusammengefasst: Unterdruck ist niedriger als der Umgebungsdruck, während Überdruck höher ist.

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Eine Schockwelle mit einem Anfangsüberdruck \( P_0 \) breitet sich in freier Luft kugelförmig (dreidimensional) von ihrem Entstehungsort aus. Die wichtigsten Eigenschaften dieser Ausbreitung... [mehr]

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Eine Schockwelle mit einem Anfangsüberdruck \( P_0 \) breitet sich in freier Luft kugelförmig (dreidimensional) von ihrem Entstehungsort aus. Die wichtigsten Eigenschaften dieser Ausbreitung sind: 1. **Kugelförmige Ausbreitung:** Die Schockwelle breitet sich symmetrisch in alle Richtungen aus, sofern keine Hindernisse oder Inhomogenitäten im Medium (Luft) vorhanden sind. 2. **Abnahme des Überdrucks:** Mit zunehmender Entfernung vom Ursprungsort nimmt der Überdruck der Schockwelle ab. Dies geschieht, weil die Energie der Welle sich auf eine immer größere Oberfläche verteilt. Für eine starke Schockwelle (z.B. Explosion) gilt näherungsweise: \[ \Delta P(r) \propto \frac{1}{r^3} \] wobei \( r \) der Abstand vom Explosionszentrum ist. Für schwächere Schockwellen (nah an der Schallgeschwindigkeit) kann die Abnahme auch mit \( 1/r^2 \) beschrieben werden. 3. **Geschwindigkeit der Schockfront:** Die Schockwelle bewegt sich mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die Schallgeschwindigkeit in Luft. Diese Geschwindigkeit hängt vom Überdruck ab: Je höher der Überdruck, desto schneller die Schockfront. Mit abnehmendem Überdruck nähert sich die Geschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit an. 4. **Abklingen zur Druckwelle:** Mit zunehmender Entfernung und abnehmendem Überdruck wird die Schockwelle schwächer und geht schließlich in eine normale Schallwelle über. **Zusammengefasst:** Eine Schockwelle mit Überdruck \( P_0 \) breitet sich in freier Luft kugelförmig aus, wobei der Überdruck und die Geschwindigkeit der Welle mit zunehmender Entfernung abnehmen. Die Energie verteilt sich auf eine immer größere Fläche, und die Schockwelle schwächt sich ab, bis sie schließlich als normale Schallwelle weiterläuft. Weitere Informationen findest du z.B. bei [Wikipedia: Schockwelle](https://de.wikipedia.org/wiki/Schockwelle).

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Um den Druck \( P_B \) (bzw. \( P_2 \)) an Punkt B in einer Röhre mit Luftströmung zu berechnen, wenn du folgende Werte hast: - Höhenwerte \( Z_A \) und \( Z_B \) (in m) - Temperaturen... [mehr]

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Um den Druck \( P_B \) (bzw. \( P_2 \)) an Punkt B in einer Röhre mit Luftströmung zu berechnen, wenn du folgende Werte hast: - Höhenwerte \( Z_A \) und \( Z_B \) (in m) - Temperaturen \( t_A \) und \( t_B \) (in °C) - Druck am Punkt A (\( P_A \)) (in Pa) benötigst du noch weitere Informationen, um den Druck an Punkt B eindeutig zu bestimmen. Typischerweise wird in solchen Aufgaben die **Bernoulli-Gleichung** (für inkompressible oder schwach kompressible Strömungen) verwendet. Für Luft (als Gas) ist die Kompressibilität zu beachten, aber für kleine Druckunterschiede kann man oft die vereinfachte Form nutzen. **Bernoulli-Gleichung (vereinfacht, inkompressibel):** \[ P_A + \frac{1}{2} \rho v_A^2 + \rho g Z_A = P_B + \frac{1}{2} \rho v_B^2 + \rho g Z_B \] **Benötigte Werte:** - Dichte der Luft (\( \rho \)), abhängig von Temperatur und Druck - Strömungsgeschwindigkeiten an A und B (\( v_A \), \( v_B \)) **Was fehlt:** - Die Strömungsgeschwindigkeiten an den Punkten A und B oder eine Möglichkeit, diese zu berechnen (z.B. Querschnittsflächen und Volumenstrom) - Die Dichte der Luft an den jeweiligen Punkten (kann aus Temperatur und Druck berechnet werden) **Berechnung der Luftdichte:** \[ \rho = \frac{P}{R \cdot T} \] mit - \( P \): Druck in Pa - \( R \): spezifische Gaskonstante für trockene Luft (\( R = 287 \) J/(kg·K)) - \( T \): Temperatur in Kelvin (\( T = t + 273.15 \)) **Vorgehen:** 1. Temperaturen in Kelvin umrechnen. 2. Luftdichte an Punkt A (und ggf. B) berechnen. 3. Falls Strömungsgeschwindigkeiten bekannt sind, Bernoulli-Gleichung anwenden. 4. Falls nicht, kann der Druck an B nicht eindeutig berechnet werden. **Fazit:** Mit den gegebenen Daten (nur Höhen, Temperaturen und Druck an A) **kannst du den Druck an B nicht eindeutig berechnen**, solange nicht mindestens eine der folgenden Größen bekannt ist: - Strömungsgeschwindigkeiten an A und B - Querschnittsflächen und Volumenstrom - Druckdifferenz oder weitere Randbedingungen **Weitere Informationen zur Bernoulli-Gleichung findest du z.B. hier:** [Wikipedia: Bernoulli-Gleichung](https://de.wikipedia.org/wiki/Bernoulli-Gleichung)

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Ein Fisch, der sich unter einem Schiff mit 320.000 Tonnen Gewicht befindet, wird in der Regel nicht zerdrückt – vorausgesetzt, er befindet sich im Wasser und nicht zwischen Schiffsrumpf und... [mehr]

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Ein Fisch, der sich unter einem Schiff mit 320.000 Tonnen Gewicht befindet, wird in der Regel nicht zerdrückt – vorausgesetzt, er befindet sich im Wasser und nicht zwischen Schiffsrumpf und Meeresboden oder einer anderen festen Oberfläche. **Warum wird der Fisch nicht zerdrückt?** Das Schiff schwimmt aufgrund des Archimedischen Prinzips: Es verdrängt eine Wassermenge, deren Gewicht dem Gewicht des Schiffes entspricht. Der Wasserdruck unter dem Schiff ist zwar etwas höher als an der Oberfläche, aber das Wasser überträgt das Gewicht des Schiffes gleichmäßig in alle Richtungen. Das bedeutet, dass der Druck auf den Fisch unter dem Schiff nicht plötzlich extrem ansteigt, sondern dem normalen Wasserdruck in dieser Tiefe entspricht. Fische sind an den Wasserdruck in ihrer Umgebung angepasst. Solange sie nicht zwischen zwei festen Objekten (z. B. Schiffsrumpf und Meeresboden) eingeklemmt werden, spüren sie keinen zusätzlichen Druck durch das Schiff über ihnen. **Wann könnte der Fisch zerdrückt werden?** Würde der Fisch jedoch zwischen dem Schiffsrumpf und einer festen Oberfläche (z. B. dem Meeresboden oder einer Kaimauer) eingeklemmt, könnte er durch die mechanische Kraft zerdrückt werden. In offenem Wasser ist das aber nicht der Fall. **Fazit:** Ein Fisch unter einem schwimmenden Schiff wird nicht zerdrückt, weil das Wasser den Druck gleichmäßig verteilt und der Fisch an den Wasserdruck angepasst ist. Nur wenn er mechanisch eingeklemmt wird, besteht Gefahr.