Saugt der Saugheber wirklich ?

Wissenschaft Physik
1

Zur Abwechslung mal wieder was physikalisches

Zur Erinnerung für diejenigen die es vergessen haben: Der Saugheber ist eine „Vorichtung“ (z.B. Wassergefüllter Schlauch), mit der es möglich ist, Flüssigkeiten ohne Pumpe über den Rand des Behälters hinweg aus diesem herauslaufen zu lassen. Vorausgesetzt, die Auslauföffnung befindet sich unter dem Flüssigkeitsniveau im Behälter.
Bisher bin ich immer davon ausgegangen daß es der Luftdruck ist, der die Wassersäule im Schlauch zusammenhält. Die Bewegung kommt dann durch die hydrostatische Druckdifferenz zwischen der Füllhöhe im Behälter und der Auslauföffnung zustande.
Nun habe ich aber mehrmals gehört, auch Joachim Bublath hat das vor längerer Zeit in einer seiner Sendungen behauptet, daß die Flüssigkeit durch ihre inneren Anziehungskräfte wie eine Kette zusammengehalten wird und dadurch das schwerere Ende auf der Behälteraußenseite das leichtere auf der Innenseite einfach hochzieht.
Was ist denn nun richtig ?
Ich persönlich bevorzuge die erste Erklärung, weil sich ein einfacher Versuch mit der zweiten nicht vereinbaren läßt:
Wenn man bei Wasser während des Auslaufens die Auslauföffnung zügig nach oben bewegt. kommt der Bewegungsvorgang zum erliegen, sobald sich die Öffnung oberhalb des Wasserspiegels im Behälter befindet, obwohl der senkrecht nach unten austretende Wasserstrahl bis weit unter die Wasseroberfläche reicht. Nach der zweiten Erklärung müßten die Anziehungskräfte das Wasser auch dann noch in Bewegung halten, wenn sich die Auslauföffnung geringfügig oberhalb des Wasserspiegels befindet.
Was meint Ihr ? Ist die zweite Erklärung ernstzunehmen oder kann ich sie vergessen ?

Jörg

2

Hallo Jörg!

Also, es ist nicht die Druckdifferenz, sondern einfach das Gewicht des Wassers im Auslaufende, welches das nachfolgende Wasser „nachzieht“. Das hat aber nichts mit der Anziehungskraft der Wasserteilchen zu tun. Sobald das Wasser fließt, hat die umgebende Luft keine Chance mehr, in den Schlauch zurückzuströmen. Dadurch bleibt die Wassersäule intakt. Der Teil der Wassersäule unterhalb des Wasserspiegels im Behälter verursacht dann durch sein Gewicht einen Unterdruck, welcher die Strömung aufrecht erhält und nachfolgendes Wasser „zieht“. Vielleicht war das mit der „Kette“ gemeint.

Bis dann,
Rüdiger

3

Hallo Rüdiger,
ich schätze, so einfach ist die Sache nicht. Ob und wie schnell Wasser durch eine Öffnung fließt, hängt primär von der Druckdifferenz zwischen beiden Seiten ab. Das Gewicht ist zwar die Ursache für den hydrostatischen Druck, jedoch nicht die entscheidende Größe.
Beispiel:
Das Rohr ist auf der Gefäßinnenseite 4 mal so dick wie außen. Das Gewicht der Wassersäule im Inneren wäre dann, bei gleicher Länge, 16 mal so schwer wie die äußere. Demnach müßte die äußere Wassersäule min 16 mal so lang sein wie die Innere, damit das Wasser ausläuft. Tatsächlich funktioniert der Saugheber auch in diesem Fall, sobald die Auslaßöffnung gerinfügig unter dem Wasserspiegel ist.
Daß Luft einströmen muß, um die Wassersäule zu unterbrechen, kann man auch nicht sagen. Spätesten bei Ansaughöhen ab ca. 10 m wird die Wassersäule auch ohne einströmende Luft unterbrochen. Daß es bei niedrigeren Höhen nicht passiert, liegt, wie ich behauptet habe, am Luftdruck, der die Wassersäule zusammenpresst.

Jörg

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4

Richtig:
(1) der Luftdruck drückt die Wassersäule zusammen.
Das funktioniert unabhängig von der Dickenverteilung der Leitung
(2) die Höhendifferenz zwischen Flüssigkeitsspiegel und Auslauföffnung verursacht die Strömung.

Harald

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

5

Hallo Jörg,

Ich denke. wir eden mehr oder weniger von der gleichen Sache:smile:

ich schätze, so einfach ist die Sache
nicht. Ob und wie schnell Wasser durch
eine Öffnung fließt, hängt primär von der
Druckdifferenz zwischen beiden Seiten ab.
Das Gewicht ist zwar die Ursache für den
hydrostatischen Druck, jedoch nicht die
entscheidende Größe.

stimmt

Beispiel:
Das Rohr ist auf der Gefäßinnenseite 4
mal so dick wie außen. Das Gewicht der
Wassersäule im Inneren wäre dann, bei
gleicher Länge, 16 mal so schwer wie die
äußere. Demnach müßte die äußere
Wassersäule min 16 mal so lang sein wie
die Innere, damit das Wasser ausläuft.

Stimmt auch: Da auch die Querschnittsfläche 16 mal größer ist, ändert sich am Druck natürlich nichts.

Tatsächlich funktioniert der Saugheber
auch in diesem Fall, sobald die
Auslaßöffnung gerinfügig unter dem
Wasserspiegel ist.

Eben, weil das Wasser im Rohrstück unterhalb des Wasserspiegels durch seine Gewichtskraft (x Fläche) einen „Unterdruck“ erzeugt, d.h auf Wasserspiegelhöhe ist der Druck außen kleiner als innen -> Wasser marsch!

Daß Luft einströmen muß, um die
Wassersäule zu unterbrechen, kann man
auch nicht sagen. Spätesten bei
Ansaughöhen ab ca. 10 m wird die
Wassersäule auch ohne einströmende Luft
unterbrochen.

Dann hast du den Dampfdruck des Wassers unterschritten und es entsteht eine Dampfblase. Das ändert aber nichts an den Druckverhältnissen und das Wasser läuft weiter.

Daß es bei niedrigeren
Höhen nicht passiert, liegt, wie ich
behauptet habe, am Luftdruck, der die
Wassersäule zusammenpresst.

Der Luftdruckunterschied auf beiden Seiten des Rohres ist so vernachläsigbar gering (nur ein paar mm Höhenunterschied), daß er wohl kaum die Wassersäule tragen kann. Abe ich stimme Dir insofern zu, daß durch das „überhängende“ Wasser ein hydrostatischer Druckunterschied auuf Höhe des Behälterspiegels verursacht wird.

Viel Spaß noch…
Rüdiger

6

Hallo Rüdiger,
mit dem Wasserdruck sind wir uns ja jetzt einig, aber beim Luftdruck muß ich nochmal widersprechen:

Daß Luft einströmen muß, um die
Wassersäule zu unterbrechen, kann man
auch nicht sagen. Spätesten bei
Ansaughöhen ab ca. 10 m wird die
Wassersäule auch ohne einströmende Luft
unterbrochen.

Dann hast du den Dampfdruck des Wassers
unterschritten und es entsteht eine
Dampfblase.

stimmt, der Dampfdruck ist bei Zimmertemperatur aber unerheblich gegenüber dem Atmosphärendruck. Ich würde das eher als „Vacuumblase“ bezeichnen

Das ändert aber nichts an den

Druckverhältnissen und das Wasser läuft
weiter.

stimmt nicht. Die Druckverhältnisse ändern sich wesentlich und das Wasser läuft nicht mehr. Wie sollte es das auch tun, wenn oberhalb von 10 m über der Oberfläche kein Wasser mehr im Schlauch ist und der Luftdruck das Wasser auch nur max. 10 m hochdrücken kann

Daß es bei niedrigeren
Höhen nicht passiert, liegt, wie ich
behauptet habe, am Luftdruck, der die
Wassersäule zusammenpresst.

Der Luftdruckunterschied auf beiden
Seiten des Rohres ist so vernachläsigbar
gering (nur ein paar mm
Höhenunterschied), daß er wohl kaum die
Wassersäule tragen kann.

stimmt so auch nicht. Nicht der Luftdruckunterschied sondern der absolute Luftdruck drückt die Wassersäule mit immerhin 1 kg/qcm zusammen. Das ist keinesfalls vernachlässigbar.

bis zum nächsten Mal

Jörg