Warum durchdringen feste Körper einander nicht?

Wissenschaft Physik
#1

Ich war gestern in einem Planetarium, es ging um die europäische Südsternwarte und als ich die Simulationen sich durchdringender und wechselwirkender Galaxien sah, traf mich obige Frage wie ein Blitz.

Warum durchdringen feste Körper einander nicht? Eigentlich ist doch zwischen den Atomen eine Menge Raum, auch das Atom selbst ist ja ein winziger Kern, der auf einer hohen Bahn von Elektronen umkreist wird. Genug Platz wäre also, dass meine Finger, anstatt die Tasten zu treffen, diese durchdringen könnten.

Nun ist mir natürlich bekannt, dass es elementare Kräfte gibt, Graviation, elektromagnetische Kräfte, starke und schwache Kernkraft und ich glaube mich zu erinnern, dass eine von diesen eben auch dafür zuständig ist, dass feste Körper einander nicht durchdringen. Kann mir jemand das Ganze nocheinmal erklären?

Vielen Dank, Tobias Eberhardt

#2

Hi,

viell. keine physikalische Erklärung, aber:

bei dem was du vorhast würden ja die Elektronen der obersten Atome des Körpers2 die Atomhüllen der obersten Atome von Körper1 durchdringen müssen (Schalenmodell). Ja?
Frage: wenn sie das könnten, warum tun das dann nicht schon die „eigenen“ Elektronen?

Andererseits gibt es Fälle bei denen sich Körper „durchdringen“. Entweder ist die Oberfläche der Körper soo glatt, dass diese durch Berührung (zumindest partiell) verschmelzen: Bei Endmaßen http://de.wikipedia.org/wiki/Endma%C3%9F geschieht dies IMHO wenn sie sich zulange berühren.
Oder aber man drückt einfach doll genug und überwindet die Abstoßungskräfte zwischen den Atomen: Neutronensterne usw

Grüße,
J~

#3

Hallo,

Warum durchdringen feste Körper einander nicht? Eigentlich ist
doch zwischen den Atomen eine Menge Raum, auch das Atom selbst
ist ja ein winziger Kern, der auf einer hohen Bahn von
Elektronen umkreist wird. Genug Platz wäre also, dass meine
Finger, anstatt die Tasten zu treffen, diese durchdringen
könnten.

Letztlich weiß man es (noch) nicht genau. Vielleicht
ändert sich das aber bald. Wer weiß.

Nun ist mir natürlich bekannt, dass es elementare Kräfte gibt,
Graviation, elektromagnetische Kräfte, starke und schwache
Kernkraft und ich glaube mich zu erinnern, dass eine von
diesen eben auch dafür zuständig ist, dass feste Körper
einander nicht durchdringen. Kann mir jemand das Ganze
nocheinmal erklären?

Ich denke, es müßte im Prinzip „Austauschwechselwirkung“
siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Austauschwechselwirkung

Aber das verschiebt natürlich nur die Frage um eine Ebene :wink:

Interessante Diskussion dazu hier:
http://cornellmath.wordpress.com/2007/08/08/why-stuf…

Grüße

CMБ

#4

Hallo!

Warum durchdringen feste Körper einander nicht? Eigentlich ist
doch zwischen den Atomen eine Menge Raum

Warum sollen sie das nicht tun?
Warum nicht ganz einfach gedacht?
Wenn ich einen Nagel durch ein Brett schlage durch dringt der feste Körper Nagel den festen Körper Brett. der Nagel schiebt die Fasern des Bretts, …, die Atome einfach an die Seite.
Dabei bleibt der Nagel ein Nagel und das Brett ein Brett.

Und solch komplizierte Physik machen Schreiner jeden Tag :wink:
Metaller müssen da erst „warm machen“ (=schmieden)damit man auseinanderschieben kann, um etwas durchdringen zu lassen.

Gruß
Maik

#5

Was für ein Wahnsinns-Artikel, ich hatte noch keine Zeit, ihn komplett zu lesen, aber es ist wirklich ein sehr komplexes Thema, das ich da angestoßen habe, wie ich merke =) Ich kann mich inzwischen erinnern, dass derartige Dinge im Fach „Struktur der Materie“ angesprochen wurden, allerdings nicht vertieft, ich bin nämlich Maschinenbau-Student. Vielen Dank für diese Antwort.

#6

Nun ist mir natürlich bekannt, dass es elementare Kräfte gibt,
Graviation, elektromagnetische Kräfte, starke und schwache
Kernkraft und ich glaube mich zu erinnern, dass eine von
diesen eben auch dafür zuständig ist, dass feste Körper
einander nicht durchdringen. Kann mir jemand das Ganze
nocheinmal erklären?

Hallo Tobias

Tatsächlich liegt dies an den elektromagnetischen Kräften, die fast ausschliesslich für die Bildung der festen Körper verantwortlich sind.

Ein fester Körper entsteht, wenn die Atome, aus denen der Körper besteht, so zusammenkommen, dass sie Bindungen aufbauen, die aus der elektromagnetischen Anziehung her kommen. Dies können sehr verschiedene Arten von Bindungen sein, wie die chemische Bindung (Elektronen werden zu gemeinsamen Elektronen), Valenzbindungen (einfache Anziehung zwischen + und -), Van-der Waals Kräfte (effektives Potential eines Atoms) usw.

Nähern sich zwei Festkörper nun einander, so besitzt jede der beiden eine Oberfläche, also eine Schicht von Atomen, die an den Festkörper mehr oder weniger gebunden bleibt, auch wenn die Aussenwelt ein Gas ist (tatsächlich findet ein ständiges Kommen und Gehen statt, aber nicht zu viel, sonst würde der Festkörper sich auflösen).

Die beiden Festkörper sind in Kontakt, wenn die elektromagnetische Abstoßung zwischen diesen Schichten wirksam wird. Ist die Oberfläche nun stark genug auf den eigenen Festkörper gerichtet, so bildet sich nach aussen ein abstossender Wall, der dafür sorgt, dass es nicht weiter geht.

Im besten Fall (extrem polierte, reine Oberfläche), bringt man die beiden Schichten so dicht zusammen, dass die abstoßende Wirkung überwunden werden kann und die anziehende Wirkung zu merken ist. Solche Festkörper vereinigen sich und werden praktisch zu einem, sie lassen sich dann nicht mehr trennen.

Ich hoffe, das gibt Dir ein wenig Verständnis der Situation.

Gruß
Thomas

#7

Hallo

Ich will ja nicht päpstlich erscheinen, aber ich denke, dass der Schreiber des Artikels zwar gar nicht Unrecht hat mit seiner Analyse, aber nicht unbedingt mit seiner Schlußfolgerung „das Pauli Prinzip hat mehr damit zu tun, warum Dinge hart sind als die elektromagnetische Kraft“.

Denn tatsächlich gehört eben beides dazu und noch einiges anderes, was er nicht erwähnt hat, wie der Spin der Elektronen (die Eigendrehung), Symmetrieprinzipien (Kristallaufbau) und sonstige Eigenschaften eines Festkörpers.

Aber meines Erachtens macht das das Ganze eben immer komplizierter. Um einem Laien zu erklären, warum Dinge hart sind, reicht der Verweis auf die elektromagnetischen Kräfte, die auch aus dem Alltag heraus zu verstehen sind.

Wenn Du allerdings die ganze Sache berechnen willst, dann wirst Du nicht umhin kommen, Physik zu studieren und Dir einen großen - sehr großen - Rechner zu kaufen.

Auf der anderen Seite wäre das doch cool - oder?

Gruß
Thomas

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#8

Hallo Maik,

Warum durchdringen feste Körper einander nicht? Eigentlich ist
doch zwischen den Atomen eine Menge Raum

Warum sollen sie das nicht tun?
Warum nicht ganz einfach gedacht?
Wenn ich einen Nagel durch ein Brett schlage durch dringt der
feste Körper Nagel den festen Körper Brett. der Nagel schiebt
die Fasern des Bretts…

physikalisch ist das Brett ein Hohlkörper oder besser, ein Körper
mit Hohlräumen.
Dein Gedankengang entspricht nicht dem angesprochenen Problem.
Gruß VIKTOR

#9

Hallo Maik,

Warum durchdringen feste Körper einander nicht? Eigentlich ist
doch zwischen den Atomen eine Menge Raum

Warum sollen sie das nicht tun?
Warum nicht ganz einfach gedacht?
Wenn ich einen Nagel durch ein Brett schlage durch dringt der
feste Körper Nagel den festen Körper Brett. der Nagel schiebt
die Fasern des Bretts…

physikalisch ist das Brett ein Hohlkörper oder besser, ein
Körper
mit Hohlräumen.
Dein Gedankengang entspricht nicht dem angesprochenen Problem.

eigentlich trifft die antwort genau die frage. jeder körper ist ein hohlkörper. man kann auch bolzen in stahlträger schießen. es ist nur eine frage der kraft und festigkeit, welcher körper welchen durchdringt.

#10

Hallo

physikalisch ist das Brett ein Hohlkörper oder besser, ein
Körper
mit Hohlräumen.
Dein Gedankengang entspricht nicht dem angesprochenen Problem.

eigentlich trifft die antwort genau die frage. jeder körper
ist ein hohlkörper. man kann auch bolzen in stahlträger
schießen. es ist nur eine frage der kraft und festigkeit,
welcher körper welchen durchdringt.

nein, nicht jeder Körper ist ein Körper mit Hohlräumen.
Holz(die Hohlräume) kannst Du zusammenpressen, Stahl nicht.
Elastische Verformung ist kein Zusammenpressen in dem Sinne.
Plastische Verformung (Dein Beispiel) auch nicht, da dort keine
Volumenveringerung um den Betrag des Volmen des eingeschlagenen
Bolzens erfolgt !!
V.

#11

Hallo

physikalisch ist das Brett ein Hohlkörper oder besser, ein
Körper
mit Hohlräumen.
Dein Gedankengang entspricht nicht dem angesprochenen Problem.

eigentlich trifft die antwort genau die frage. jeder körper
ist ein hohlkörper. man kann auch bolzen in stahlträger
schießen. es ist nur eine frage der kraft und festigkeit,
welcher körper welchen durchdringt.

nein, nicht jeder Körper ist ein Körper mit Hohlräumen.

allerdings nur schwarze löcher.

Holz(die Hohlräume) kannst Du zusammenpressen, Stahl nicht.

könntest du auch. du bräuchtest du eine genügend große singularität.

Elastische Verformung ist kein Zusammenpressen in dem Sinne.
Plastische Verformung (Dein Beispiel) auch nicht, da dort
keine
Volumenveringerung um den Betrag des Volmen des
eingeschlagenen
Bolzens erfolgt !!

auch stahl hat hohlräume. doch hat holz viel größere. im grunde ist die dichte ein maß für die hohlräume.

#12

Warum durchdringen feste Körper einander nicht?

man muss eine kraft aufwenden, die die bindekraft zwischen den molekülen überschreitet bzw. die moleküle und atome müssen durch die lücken der gitterstruktur passen.

oder:

es darf keine bindekraft geben wie bei gasen. wasserstoff z.b. durchdringt metall, weil die moleküle 1. nicht durch kräfte aneinander gebunden sind und 2. weil die moleküle kleiner sind als die lücken des metallgitters.

#13

auch stahl hat hohlräume. doch hat holz viel größere. im
grunde ist die dichte ein maß für die hohlräume.

So so, Wasser hat 19 mal soviel Hohlräume als Gold, könnte es
also 19 fach mechanisch verdichten.
Geht es Dir hier um sachliche Klärung im Rahmen der gegeben
physikalischen Gegebenheiten und den Beitrag auf welchen ich mich
bezogen habe oder um Rechthaberei ?

#14

Hallo,

Warum durchdringen feste Körper einander nicht? Eigentlich ist
doch zwischen den Atomen eine Menge Raum, auch das Atom selbst
ist ja ein winziger Kern, der auf einer hohen Bahn von
Elektronen umkreist wird. Genug Platz wäre also, dass meine
Finger, anstatt die Tasten zu treffen, diese durchdringen
könnten.

Tatsächlich brauchen nicht nur die Atomkerne Platz, sondern auch die Elektronen.
Klingt komisch, ist aber so.

Elektronen haben ja erst mal keine nennenswerte Ausdehnung, aber sie haben Elektrische Ladung. Und wenn man zwei Elektronen nahe aneinander bringt, stoßen sie sich ab. Auch wenn man ein Elektron auf sehr kleinem Platz einsperrt, braucht man dazu viel Energie (der Physiker sagt, dass in einem engen Potentialtopf die Grundzustandsenergie größer ist…).

Eine andere Erklärung ist folgende: Nach dem Pauliprinzip können keine zwei Elektronen in einem System genau den gleichen Zustand besitzen. Wenn du zwei Festkörper getrennt anschaust, und dann beide ineinander schiebst, wirst du Elektronen haben, die in beiden Körpern im gleichen Zustand sind. Wenn du sie dann näher aneinander ran bewegst, dann muss eines der Elektronen in einen anderen Zustand befördert werden. Da aber tendenziell alle Zustände niedriger Energie schon besetzt sind, muss das Elektron in einen Zustand höherer Energie befördert werden. Die Energie, die du dafür aufwenden musst, nimmst du als Widerstand wahr, wenn du die beiden Körper ineinander schiebst.

(Den zweiten Erklärungsansatz habe ich mir gerade aus den Fingern gesaugt, und ist vielleicht ein bisschen unkonventionell. Ich habe keien Ahnung, ob man auf vernünftige Größen kommt, wenn man das mal durchrechnen würde…)

Grüße,
Moritz

#15

auch stahl hat hohlräume. doch hat holz viel größere. im
grunde ist die dichte ein maß für die hohlräume.

So so, Wasser hat 19 mal soviel Hohlräume als Gold, könnte es
also 19 fach mechanisch verdichten.

ja, wobei es da um größenformen von kräften geht, die wir nicht mehr aufbringen können. je weniger hohlräume, desto schwerer der stoff. hat man aber jede vorstellbare kraft zur verfügung(schwarzes loch), dann wird jeder hohlraum im stoff quasi eliminiert. ein klumpen blei würde halt da zu einem staubkorngroßen stück materie zusammenschrumpfen, was mit blei dann wahrscheinlich nicht mehr viel gemeinsam hat.

Geht es Dir hier um sachliche Klärung im Rahmen der gegeben
physikalischen Gegebenheiten und den Beitrag auf welchen ich
mich
bezogen habe oder um Rechthaberei ?

du hattest geschrieben, dass holz ein hohlkörper sei und es deshalb nicht zulässig wäre, das einschlagen eines nagels in holz als beweis zu benutzen, dass festkörper festkörper durchdringen.

daraufhin hab ich nur darauf hingewiesen, dass alle körper hohl sind.

man muss halt sehen, dass die energie, die zum nageln(oder bolzenschießen in metall) notwendig ist, der entkopplungsenergie der molekülbindungen entspricht, die überwunden werden muss, um körper zu durchdringen.
das trifft halt für holz genauso zu wie für metall und alle anderen feststoffe.

natürlich will ich auch recht haben:smile:

#16

Hallo,

Plastische Verformung (Dein Beispiel) auch nicht, da dort
keine Volumenveringerung um den Betrag des Volmen des
eingeschlagenen Bolzens erfolgt !!

Kannst Du dann mal beschreiben, was beim Eindringen des Bolzens passiert? Wohin verschwindet denn das Material?
Gruß
loderunner

#17

Warum durchdringen feste Körper einander nicht?

Schau mal, als Beispiel:
Gegenstand A hat 5 Atome mit jeweils 5 Elektronen. Gegenstand B hat ebenfalls 5 Atome, aber mit jeweils 10 Elektronen. Die Elektronen bewegen sich so schnell, dass ihre Position überall 99,999999% ist, d.h. sie sind fast überall. Also kann man nicht von kleinen Kügelchen sprechen, sondern wirklich von einer harten Schale. Ohne eine bestimmte (ich meine fast schon chemische) Reaktion werden die Elektronen auf einander treffen und abprallen, bzw. sich abstoßen (wegen der Ladung, etc.). Wenn der Abstand zwischen den Atomen groß genug wäre, dann kann man das machen, was man auch macht (z.B. Legierungen, erstmal Aggregatzustand ändern und gleichzeitig Atomabstand vergrößern, das wäre dann aber eine „Lösung“). Aber wenn du dich bereiterklärst, für die Wissenschaft zu schmelzen oder deinen Aggregatzustand zu ändern… =)
Also der Schlüssel ist: Elektronen bilden eine Schale, die an einander abprallen. Und Atome von festen Stoffen sind nun mal zu nahe beieinander!
Natürlich kann man den Stoff ändern, indem man eine Reaktion hervorruft, aber das geht dann schon wieder in die Chemie. Und ausserdem: Wenn die Elektronen die Schale gegenseitig durchdringen würden, dann würden die in die gegenseitige Laufbahn einbringen und es würde - theoretisch - ein ionisierter Stoff rauskommen. Das passiert aber nicht, aus oben genanntem Grund.
Hoffe konnte helfen.
mfg
hahihu

#18

Nonsense
Hallo!

Gegenstand A hat 5 Atome mit jeweils 5 Elektronen. Gegenstand
B hat ebenfalls 5 Atome, aber mit jeweils 10 Elektronen. Die
Elektronen bewegen sich so schnell, dass ihre Position überall
99,999999% ist, d.h. sie sind fast überall. Also kann man
nicht von kleinen Kügelchen sprechen, sondern wirklich von
einer harten Schale.

Und was bitteschön soll das mit der Realität zu tun haben? Bitte beschränke Dich auf Bretter, in denen Du tatsächlich als Experte auftreten kannst!

Michael

#19

Die
Elektronen bewegen sich so schnell, dass ihre Position überall
99,999999% ist, d.h. sie sind fast überall.

ich meine, die heutige wissenschaft muss ja nicht der weisheit letzter schluss sein, aber in nur einem satz der quantenmechanik und gleichzeitig noch der relativitätstheorie zu widersprechen, ist gewagt:smile:

#20

Um auf beide Antworten zu antworten:
zu #1:
Warum sollte das den anderen Gesetzen wiedersprechen?
zu #2:
das soll die Realität wiederspeigeln.
mfg
hahihu