Verständnisfrage Schweredruck

Wissenschaft Physik
#1

Hallo, erstmal frohe Weihnachten!!

Ich hab mal ne Frage zum Schweredruck:

Wenn ich einen Quader aus Metall in ganz tiefes Wasser werfe (z.B. der Mariannengraben), dann wirken ja auf seine Seitenflächen jeweils eine Kraft F = p*A! Da aber die seitlichen Queschnittsflächen kleiner sind als die oben und unten ist doch damit auch die Kraft auf diese Flächen kleiner.
Wenn der Druck richtig stark wird, kann dann der Metallquader ganz platt gedrückt werden, da die Kraft auf die oben und unten liegende Seitenfläche den Quader „zerdrückt“?

Viele Grüße
Manny

#2

Hallo!

Wenn ich einen Quader aus Metall in ganz tiefes Wasser werfe
(z.B. der Mariannengraben), dann wirken ja auf seine
Seitenflächen jeweils eine Kraft F = p*A! Da aber die
seitlichen Queschnittsflächen kleiner sind als die oben und
unten ist doch damit auch die Kraft auf diese Flächen kleiner.
Wenn der Druck richtig stark wird, kann dann der Metallquader
ganz platt gedrückt werden, da die Kraft auf die oben und
unten liegende Seitenfläche den Quader „zerdrückt“?

Meinst Du einen massiven Quader oder einen Hohlquader?

Hohlquader (bzw. mit Luft gefüllt): Ja. Ich habe schon mit eigenen Augen gesehen, dass ein Vierkant-Stahlrohr, das auf beiden Seiten dicht verschweißt war, durch den Schweredruck des Wassers zu einer doppelten Lage Blech plattgewalzt wurde.

massiver Quader: Nein. Bei einem Festkörper sind die Atome ungefähr gleich dicht angeordnet wie in einer Flüssigkeit. Das bedeteutet, dass das Metall so weit zusammengepresst wird, bis seine innere Druckspannung dem äußeren Druck entspricht. Ohne genaue Zahlenwerte zu kennen, vermute ich, dass sich auch das Volumen von Stahl kaum verringern wird, selbst im Marianengraben.

Michael

#3

Hallo Manfred

Wenn ich einen Quader aus Metall in ganz tiefes Wasser werfe
(z.B. der Mariannengraben), dann wirken ja auf seine
Seitenflächen jeweils eine Kraft F = p*A! Da aber die
seitlichen Queschnittsflächen kleiner sind als die oben und
unten ist doch damit auch die Kraft auf diese Flächen kleiner.

Wieso ? Das hängt doch von den tatsächlichen Abmessungen ab.
Welche Seitenflächen sollen kleiner sein bezogen auf die Lage im
Wasser.

Wenn der Druck richtig stark wird, kann dann der Metallquader
ganz platt gedrückt werden, da die Kraft auf die oben und
unten liegende Seitenfläche den Quader „zerdrückt“?

Dies hängt von der Materialfestigkeit ab. Ich gehe davon aus,
daß der Quader auch keine „versteckten“ Hohlräume hat und
das Material homogen und dicht gepackt ist.

Wenn Deine Frage Sinn machen soll betrachtest Du den Körper wie eine
„Knetmasse“ (bei „hohem“ Druck verformt sich auch ein Stahlkörper so)
welche sich beim Druck auf zwei gegenüberliegende Seiten durch
seitliches Ausweichen verformt und deren Verformung man durch einen
gleichzeitigen Druck auf diese anderen Seiten begrenzen oder
verhindern ! kann.
Gehen wir in Extremfall davon aus, daß die Materialfestigkeit des
Quaders, egal welche Abmessungen er hat, praktisch Null ist, so
daß er nur durch den jeweils richtigen Druck auf die (sechs ?) Seiten
seine Formstabilität behält.Er wird vielleicht ein bisschen kleiner
(das wird er immer)aber die Quaderproportioenen bleiben erhalten.
Dann gilt:
Wenn der Druck je Flächeneinheit (z.Bsp.je Quadratzentimeter)auf allen
Flächen gleichbleibt dann ändert sich nichts an der Form.
Mit der Tiefe ändert sich zwar die absolute Größe des Druckes aber
auf allen Flächen praktisch gleich.Daß der statische Wasserdruck
geringfügige Abweichungen hat zwischen dem Teil des Quaders welcher
etwas tiefer im Wasser ist und dem der etwas höher liegt
erfordert eine gewisse Materialfestigkeit zur Erhaltung der
Formstabilität.Dafür spielt es aber keine Rolle ob der Quader
nur 1,0 oder 10000 m unter dem Wasser liegt
Gruß VIKTOR

#4

Wenn ich einen Quader aus Metall in ganz tiefes Wasser werfe
(z.B. der Mariannengraben), dann wirken ja auf seine
Seitenflächen jeweils eine Kraft F = p*A! Da aber die
seitlichen Queschnittsflächen kleiner sind als die oben und
unten ist doch damit auch die Kraft auf diese Flächen kleiner.
Wenn der Druck richtig stark wird, kann dann der Metallquader
ganz platt gedrückt werden, da die Kraft auf die oben und
unten liegende Seitenfläche den Quader „zerdrückt“?

bei vollkörpern passiert nix.

Der druck wird bei hohlkörpern da zerstören, wo die kraft die maximal zulässige knickung oder biegung/scherung übersteigt. ich bin nicht sicher, ob man das pauschalisieren kann.

ein körper sucht sich dann auch den energieärmsten zustand. d.h. ein langer flacher quader würde, wenn er nicht aufreißt, vermutlich in der mitte knicken und zusammenklappen wie das rohr von michael.

ist der quader fast quadratisch, wird er vermutlich die längste, breiteste (unstabilste) seite knicken, bis diese aufreißt.
und in dem moment ist die frage nach der strömung im reißenden moment. d.h.
ist der druck >>> metallfestigkeit, wird es einfach weiter zerknickt - innerhalb von millisekunden.
ist der druck nur > als festigkeit, wird wasser eindringen und einfach ein loch reinfetzen wie u-boote, die die schwelle übertreten, wo der druck die festigkeit(knickung,biegung, scherung) übersteigt.

die form von ubooten ist auch nicht ohne grund so wie sie ist. die verdickung in der mitte hat nicht nur etwas mit der strömung zu tun, sondern wegen der knickgefahr.

mfg:smile:
rené

#5

Hallo, erstmal vielen Dank für die Antworten!!

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Vielleicht hab ich euch auch falsch verstanden:
Ich meinte einen soliden Quader, der keine Hohlräume hat. Wenn dieser schon ziemlich platt ist, z.B. so wie ein dünnes Buch, denn sind doch die Deckflächen (oben und unten) ziemlich groß, während die anderen 4 Seitenflächen recht klein sind.
Jetzt dachte ich, da ja F = p*A gilt, und A ja an den oberen und unteren Seiten ziemlich groß ist, während er an den anderen Seiten recht klein ist, muss der Druck nur groß genug werden, dass die Kraft auf die obere und untere Seite nicht mehr durch die Seitenflächen und durch den Stahl selber kompensiert werden kann, sodass er immer flacher wird.
Der Druck auf die Seitenflächen wird zwar auch größer, da sie aber eine recht kleine Fläche haben, dachte ich, so könnten bei steigendem Druck der großen Kraft von oben und unten nicht mehr standhalten!
Würde da trotzdem nichts passieren?
Viele Grüße
Manny

#6

Hallo Manny

Würde da trotzdem nichts passieren?

Ja.
Egal wie Du den „Quader“ drehst und wenn er weich wie Knetmasse wäre
er würde seine Form (Proportionen) nicht verändern, egal welche
Abmessungen Du ihm gibst, ob dünn als Blech oder kompakt als
Würfel.
Stell Dir doch einmal vor der „Quader“ wäre aus Wasser ?
Unendlich viele Quader aus Wasser kannst Du Dir in das Meer
hineindenken , nicht als Fiktion sondern als Realität.
Zu Deinem Stahl-Quader:
Wenn es möglich wäre den Seitendruck von einem Stahlwürfel in
Meerestiefe wegzunehmen sodass nur Wasserdruck „oben und unten“
ist, dann könnte die Wassertiefe auch über 100km groß sein
ehe der Stahl (je nach Stahleigenschaften) zu „fliesen“ beginnen
würde , also nach Deinen Vorstellungen zerquetscht.
Für einen Stahlwürfel - nehmen wie einmal eine Kantenlänge von 10cm
an - wäre es so, wie wenn er über Wasser mit 1000 t belastet
würde - das hält hochwertiger Stahl noch aus.
Gruß VIKTOR