Das hat Bernoulli gesagt
Illustration A. Pontais EPFL SPS 2020
Ein sehr einfaches Experiment, dessen Ergebniss atemberaubend ist.
Papi : Melina, höre auf so herumzurennen, meine ganzen Blätter fliegen weg.
Melina : Anscheinend, je schneller man ist, desto weniger ist man im Druck.
Papi : Was ?
Melina : Ja, das hat Bernoulli gesagt.
Papi : Der italienische Spieler ?
Melina : Es ist kein Fussballspieler Papi, es ist ein Wissenschaftler !
Papi: Na ja, es ist kein Grund den Zug zu spielen.
Für dieses Experiment brauchst du folgendes Material :
- zwei leere Flaschen (oder zwei leere aluminium Getränkedosen)
- einen Strohhalm
Platziere die zwei Flaschen nebeneinader und lass ein paar Zentimeter Platz zwischen den Flaschen. Der Strohhalm brauchst du um zwischen den zwei Flaschen zu blasen (pass auf, dass das äußerste Ende zwischen den Flaschen ist).
Vor dem Experiment versuche zu überlegen was passieren wird, wenn du zwischen den zwei Flaschen bläst.
Hast du es versucht ? War deine Voraussagung richtig ?
Überprüfe deinen Gedankengang mit den folgenden Erklärungen :
Im Gegensatz zu dem was man glauben könnte, sind die zwei Flaschen näher zusammen gekommen als du geblasen hast. Erstaunlich !
Wenn man die Flaschen liegen lässt, drückt der Luftdruck (Druck, der von der Luft kommt, durch die roten Pfeile dargestellt) auf alle Seiten der Flaschen und deshalb bewegen sie sich nicht.
Indem du in deinen Strohhalm blässt, hast du die Luft zwischen den zwei Flaschen beschleunigt und hast so einen Tiefdruck gebildet. Ein Tiefdruck ist wenn der Luftdruck kleiner wird. Das heisst, für jede Flasche hat man auf einer Seite den Luftdruck (rote Pfeile), der drückt, und auf der anderen Seite den Tiefdruck (blaue Pfeile). Der Druck, der von der Luft auf die Flaschen ausgeübt wird, ist stärker als der, der zwischen den Flaschen ist. Deswegen nähern sich die zwei Flaschen.
Das hatte der Schweizer Mathematiker Daniel Bernoulli in 1738 gezeigt. Seine Arbeit erklärt, dass je grösser die Geschwindigkeit eines Fluids ist, desto kleiner ist der Druck. Ein Fluid kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein.
Um zu vertiefen
Das Bernoulli Prinzip legt klar dar, dass im Strom eines homogenen und nicht einschränkbaren Fluids, das nur dem Druck und der Fallkraft ausgesetzt ist, eine Beschleunigung gleichzeitig mit einer Abnahme des Drucks stattfindet.
Das Theorem von Bernoulli, das die mathematische Formel des Prinzips beschreibt, wird so geschrieben:
dabei ist:
p der Druck auf einem Punkt ist (in Pa oder N/m²)
ρ die spezifische Masse auf einem Punkt (in kg/m³)
v die Geschwindigkeit eines Fluids auf einem Punkt (in m/s)
g die Fallbeschleunigung (in N/kg oder m/s²)
z die Höhe des betrachtenden Punktes (in m)
Wenn man jetzt einen horizontalen Strom betrachtet und man sich für zwei Punkte des Stroms interessiert, erhält man:
Das zeigt, dass je kleiner der Druck p in dem Strom ist, desto grösser ist die Geschwindigkeit v des Stroms.
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@EPFL_SPS
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Wissenschaft in den eigenen vier Wänden
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