Druck und Fläche — Naturwissenschaften, 11–13 Jahre
Der Druck zeigt, wie stark eine Kraft auf eine Fläche konzentriert ist, und erklärt, warum dieselbe Kraft unterschiedlich wirken kann.
Was ist Druck?
Druck beschreibt, wie viel Kraft auf jede Flächeneinheit wirkt. Dieselbe Kraft erzeugt auf einer kleinen Fläche größeren Druck und auf einer großen Fläche kleineren Druck. In einer Flüssigkeit oder einem Gas kann sich Druck in alle Richtungen ausbreiten, weil die Teilchen auf das Gefäß und aufeinander drücken.
Warum verwendet man Druck statt Kraft?
Eine Kraft allein sagt nicht, wie ein Gegenstand auf eine Fläche wirkt. Das Gewicht einer Person kann durch breite Schuhe verteilt oder durch einen schmalen Absatz konzentriert werden, sodass der Boden unterschiedlich belastet wird. Mit Druck kann man solche Fälle vergleichen und Gegenstände entwerfen, die greifen, schneiden, schwimmen oder schützen.
Druck berechnen
Eine Kiste übt eine Kraft von 600 Newton nach unten aus. Auf einer Grundfläche von 0,03 Quadratmetern gilt: Druck = Kraft ÷ Fläche = 600 ÷ 0,03 = 20 000 Pascal oder 20 kPa. Dreht man die Kiste auf eine Fläche von 0,30 Quadratmetern, ergibt sich 600 ÷ 0,30 = 2 000 Pa. Die Kraft bleibt gleich, aber die größere Fläche erzeugt ein Zehntel des Drucks.
Druck ist nicht Kraft
Ein häufiger Fehler ist, Druck und Kraft für dasselbe zu halten. Das ist verständlich, weil beide einen Stoß oder eine Belastung beschreiben und in der Formel verbunden sind. Kraft ist jedoch die gesamte Belastung in Newton; Druck zeigt, wie stark sie konzentriert ist, und wird in Pascal gemessen. Zum Vergleichen muss die Fläche berücksichtigt werden.
Druck bei Alltagsgegenständen
Schneeschuhe verteilen das Gewicht einer Person auf eine große Fläche, sodass sie weniger tief einsinkt. Eine Reißzwecke hat für den Finger einen breiten Kopf, aber eine winzige Spitze, die an der Wand großen Druck erzeugt. Hydraulische Bremsen und Spritzen nutzen den Druck einer Flüssigkeit, um eine Kraft weiterzugeben und Bewegungen zu steuern.
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