Pressure

00:01 Lassen Sie uns nun zum Druck übergehen. Wir werden über Druck sprechen, der natürlich sehr wichtig ist in der Medizin und sowohl im Blutsystem eine Rolle spielen wird, wenn es um den Menschen geht, als auch bei den Atemwegen, wenn es um die Lunge und den Druck gehenn wird, den man auf die Luft in der Lunge ausüben muss.

00:15 Druck werden wir in Bezug auf diesen Strandball diskutieren, wie Sie hier sehen.

00:21 Wenn er voller Luft ist, gibt es etwas, das ihn aufgeblasen hält. Das bedeutet, wenn wir ganz nah heranzoomen, bewegt sich jedes Molekül darin sehr schnell und prallt an den Wänden des Strandballs ab.

00:31 Das ist es, was ihn aufgeblasen hält. Also, all diese kleinen Kollisionen, all diese kleinen blauen Teilchen, wie wir sie hier gezeichnet haben, prallen gegen die Wände und üben eine Kraft aus. Der Druck in diesem Wasserball wird durch die Kraft definiert, die pro Flächeneinheit der Behälterwände aufgebracht wird.

00:50 Da Druck als Kraft pro Flächeneinheit definiert ist, werden die Einheiten des Drucks die Einheiten der Kraft geteilt durch die Flächeneinheiten sein. Diese Einheiten nennen wir Pascal. Es handelt sich also um Kilogramm pro Meter mal Sekunden im Quadrat.

01:05 Wir haben also Pascal als Druckeinheit in unseren normalen SI-Einheiten, die wir bisher verwendet haben.

01:12 Diese Pascal-Einheit kann auch umgeschrieben werden. Das ist also etwas, dessen man sich bewusst sein sollte. Wir können die Einheiten auch umschreiben, indem wir sie auf eine andere Art und Weise sammeln, und zwar mit den Energieeinheiten, Joule, die wir bereits erörtert haben und den Druck als eine Energie pro Volumeneinheit betrachten, also wie viel Energie in einem bestimmten Volumen gespeichert ist. Wichtig bei dieser Gleichung ist auch, wie Sie vielleicht bemerkt haben, dass ich bei Druck geschrieben habe, dass Druck eine Kraft pro Flächeneinheit ist, aber tiefgestellt zum F habe ich auch dieses kleine senkrechte Symbol eingefügt, denn in der Tat, wenn wir wirklich sehr sorgfältig analysieren, was Druck bedeutet, interessieren wir uns nur für den Druck senkrecht zu den Wänden des Behälters. Wenn diese kleinen Teilchen also von den Wänden des Behälters abprallen, interessiert uns die Bewegung seitwärts oder entlang der Wand nicht wirklich.

01:55 Wir interessieren uns nur für die Bewegung der Teilchen direkt gegen die Wand, die eine Kraft direkt nach außen auf die Wände unseres Behälters ausüben. Jetzt haben wir also einige grundlegende Eigenschaften von Flüssigkeiten besprochen, um Flüssigkeiten zu beschreiben und über Flüssigkeiten zu sprechen, die wir immer wieder verwenden werden.

02:09 Jetzt können wir über den hydrostatischen Druck sprechen. Wenn Sie eine Person sind, die auf der Erde steht, haben Sie bereits jetzt den Druck von 1 Atmosphäre auf sich.

02:21 Dieser Druck der Luft drückt mit einer enormen Kraft auf Sie, die etwa einem Druck von etwa 100 Kilopascal entspricht. Pascal ist die Einheit, die wir gerade besprochen haben.

02:31 Kilo bedeutet, dass es 1000 Pascal entspricht. Ein Druck von 100 Kilopascal ist also nur eine Kraft, durch den Druck der Kraft der Luft und das Gewicht, das auf uns lastet. Zum Glück spüren wir diesen Druck nicht, denn wir haben auch Luftdruck in uns und Flüssigkeitsdruck in uns, der ebenfalls nach außen drückt.

02:48 Es ist also ein Gleichgewicht dieser Kräfte, das dafür sorgt, dass wir keine negativen Auswirkungen dieser riesigen Menge an Druck spüren, den wir bereits an der Erdoberfläche auf uns haben. Wenn wir zum Beispiel unter Wasser gehen, lastet auf uns mehr Druck als nur der Druck der Atmosphäre.

03:04 Wir können diesen Druck zunächst ermitteln, indem wir analysieren, wie viel Wasser sich über uns befindet. Wenn wir eine bestimmte Masse haben von Wasser und wir kennen vielleicht eine Fläche des Behälters und wir kennen die Höhe dieses Behälters, dann können wir feststellen, wie viel Volumen das Wasser über uns hat. Wir wissen die Kraft des Wassers durch die Schwerkraft ist seine Masse mal der Gravitationsbeschleunigung nach unten. Wir können diesen Ausdruck folgendermaßen umschreiben, indem wir durch die Fläche dividieren, unsere Terme zusammenfassen und dann sehen, dass der Druck dieses Wassers, das sich gerade über uns befindet, in Wirklichkeit gleich der Dichte des Wassers mal der Gravitationsbeschleunigung mal der Höhe der Wassersäule, die vor uns liegt, ist. Diese Gleichungen, die ich hier rechts aufgeschrieben habe, es ist nicht wichtig, dass Sie genau verstehen, worum es sich dabei handelt, um es selbst ableiten zu können.

03:49 Aber dies ist ein einfacher Weg, um zu zeigen, dass wir mit einem einfachen Ausdruck für die Schwerkraft des Wassers beginnen können, als Masse des Wassers mal der Erdbeschleunigung g und ein paar einfache logische Schritte machen, um die Gleichung umzustellen und den Druck zu ermitteln, indem die Kraft pro Flächeneinheit des Wassers über Ihnen analysiert wird.

04:05 Dieser Druck als Dichte mal g mal h ist also einfach eine Umschreibung der Schwerkraft, die das Wasser über Ihnen nach unten zieht. Dieser Druck, der gleich ρgh ist, ein Ausdruck den Sie oft hören werden, ist in Wirklichkeit nur das, was wir den Überdruck nennen.

04:24 Damit meinen wir einfach den Druckbetrag, um den der in einer Flüssigkeit gemessene Druck den Atmosphärendruck übersteigt. Mit anderen Worten, was ich hier gerade erwähnt habe, diese ganze Analyse des Gewichts des Wassers, das sich über Ihnen befindet und auf Sie drückt, ist nur der Druck des Wassers.

04:40 Wir haben den atmosphärischen Druck noch nicht mit einbezogen. Wenn wir über den Gesamtdruck sprechen wollen, nehmen wir diesen Überdruck ρgh und addieren dazu den atmosphärischen Druck, der ebenfalls auf Sie drückt. Wir würden also den Gesamtdruck finden, indem wir ρgh, das von einer bestimmten Flüssigkeit kommen würde, nehmen und dann alle externen Drücke, in diesem speziellen Fall den Druck der Atmosphäre, addieren.