Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

5.4 Der Luftdruck Auch die Luft der Atmosphäre hat Masse und Gewicht. Wir leben am Boden eines Luftmeeres: Auf uns lastet die ca. 1 000 km dicke Atmosphäre, deren Gewicht den Luftdruck bewirkt. Drei Viertel der Luftmasse befinden sich in den untersten 10 km . Der mittlere Luftdruck auf Meereshöhe, der Normaldruck , beträgt 1,013 · 10 5 Pa ( 1,013bar ). Auf jedem Quadratmeter der Erdoberfläche lastet damit ein Gewicht von etwa 10 5 N . Da die Erdoberfläche ca. 5 · 10 14 m 2 groß ist, schließt man daraus, dass die Masse der Erdatmosphäre ca. 5 · 10 18 kg beträgt. (Vergleiche mit der Erd- masse!) Der Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe ab: Die Luftsäule wird kür- zer, außerdem nimmt die Dichte der Luft mit der Höhe ab, weil Luft im Gegensatz zu Wasser durch Druck merklich komprimierbar ist. Die Druckänderung beträgt ca. 1% pro 80m Höhe. Wir spüren sie, wenn wir etwa mit einer Seilbahn in kurzer Zeit eine große Höhendifferenz überwinden und das System Ohr-Nase-Lunge dabei die Druckänderung nicht genügend schnell ausgleichen kann. In Flugzeugen muss der Luftdruck ähnlich groß wie am Boden sein. Daher wird in der Kabine ein Druck von etwa 0,8bar , entsprechend einer Höhe von 2 200m , auf- rechterhalten. Den Übergang zum Normaldruck merkt man insbesonders beim Landen. Wie in Flüssigkeiten erfahren auch in Gasen, insbesondere in der Luft alle Körper einen Auftrieb. Auch hier gilt das Archimedische Prinzip : Der Auftrieb entspricht dem Gewicht des verdrängten Gases. Ballone nützen den Auftrieb in Luft. Ein Ballon steigt auf, wenn das Gewicht des gesamten Ballons (Hülle + Füllgas + Last) kleiner als der Auftrieb ist. Ballone wer- den im Wetterdienst, in der Forschung und als Freizeitgeräte verwendet. Untersuche, überlege, forsche: Luftdruck 57.1 W 2 In Werbefilmen sieht man gelegentlich, wie Menschen oder Gegenstände von einer großen Zahl Heliumballone durch die Luft getragen werden. Wie viele Ballone (Durchmesser 30 cm, kugelförmig) bräuchte man, um eine Person (65 kg) in die Luft zu heben? (Dichte von Luft: 1,29 kg/m 3 ; von Helium: 0,18 kg/m 3 ) 57.2 S 2 Das Gewicht der Atmosphäre übt auf jeden cm 2 unserer Haut eine Kraft von 10N aus. Erkläre: Warum spüren wir den Luftdruck nicht? Warum spüren wir rasche Höhenänderun- gen in den Ohren? 57.1 Der Reifendruck ist der Gasdruck in einem Luftreifen. Er wird in bar angegeben. Dabei wird nicht der absolute Wert angegeben, son- dern der Überdruck gegenüber dem Luftdruck. Vakuum h = 760 mm Quecksilber Gewichtsdruck der Luftsäule Gewichtsdruck der Quecksilbersäule 57.2 Evangelista T ORRICELLI war der Nachfol- ger Galileis am Hofe des Großherzogs der Tos- kana. Er stellte ein Rohr mit Quecksilber mit der Öffnung nach unten in ein offenes Gefäß. Dabei stellte er fest, dass sich das Rohr nicht vollständig leerte: Es blieb eine 76 cm hohe Quecksilbersäule im Rohr. Er schloss daraus, dass der Luftdruck (der Gewichtsdruck der At- mosphäre) auf die Oberfläche des Quecksil- bers im Becken genauso groß ist wie der Ge- wichtsdruck der Quecksilbersäule. Er stellte zudem fest, dass die Quecksilbersäule sich mit der Zeit änderte und dass eine Abnahme der Höhe einer Schlechtwetterperiode vorausging. Damit erfand Torricelli im Jahre 1643 das Ba- rometer. Wie hoch, glaubst du, müsste die Säu- le sein, wenn man statt Quecksilber Wasser verwendet? 57.3 Orte gleichen Luftdrucks werden auf Wet- terkarten durch Linien (Isobare) verbunden. Blutdruckmessung in der Medizin Das Herz ist ein Muskel, der – wie eine Pumpe – das Blut durch den Körper presst. Die Messung des Blutdrucks ist daher wichtig, um herauszufinden, ob Kreislauf und Herz in Ordnung sind. Beim Messen des Blutdrucks wird eine Manschette um den Oberarm gelegt und aufgepumpt ( 58.2 ). Dadurch wird Druck ausgeübt, bis die Oberarmarterie ab- gedrückt ist und der Blutfluss unterbrochen wird. Vermindert man langsam den Druck durch Ablassen der Luft, so hört man bei einem bestimmten Druck im Stethoskop ein Klopfgeräusch, das anzeigt, dass sich wieder Blut den Weg bahnt. Dieser Wert wird als „systolischen Druck“ bezeichnet. Eine Systole ist die Pha- se, in der sich das Herz zusammenzieht und Blut in die Arterien gepresst wird. Lässt man nun weiter Luft aus der Manschette, so verschwindet das Geräusch allmählich, bis es ganz verstummt. Dieser Punkt entspricht dem diastolischen Blutdruck. Unter Diastole versteht man die „Ruhepause“ des Herzens, bei der in den Arterien ein kleinerer Druck herrscht. Bei der Blutdruckmessung verwendet man nicht Pascal oder bar als Druckein- heit, sondern „Millimeter Quecksilbersäule“ ( 57.2 ). Ein gesunder junger Mensch sollte einen systolischen Wert von ca. 120mm Hg haben und einen diastolischen Wert von etwa 80mm Hg . Zu hoher Blutdruck (etwa 160/95mm Hg ) kann die Lebenserwartung heruntersetzen und ist unbedingt zu behandeln. 57 | MECHANIK 1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv