Kategorie: Physik
Veröffentlicht: September 14, 2015
Luft zerquetscht dich nicht. Als Flüssigkeit strömt Luft um dich herum und versucht dich zu zerquetschen. Glücklicherweise gibt es normalerweise genauso viel Druck in Ihrem Körper, der nach außen drückt, wie Luftdruck außerhalb Ihres Körpers, der nach innen drückt. Sie heben sich normalerweise auf, was bedeutet, dass keine Gesamtkraft auf Sie ausgeübt wird und Sie nicht zerquetscht werden. Selbst wenn sich der innere und äußere Druck nicht genau aufheben, sind Haut, Muskeln und anderes Gewebe normalerweise stark genug und flexibel genug, um nicht durch die Kraft beschädigt zu werden.
Stehen Sie draußen auf einem Feld und schauen Sie geradeaus nach oben. Sie betrachten eine hundert Kilometer lange Luftsäule, die durch die Schwerkraft zu Ihnen hinuntergezogen wird. Obwohl Luft im Vergleich zu anderen Materialien sehr dünn ist, besteht sie tatsächlich aus Atomen und hat tatsächlich Masse. Als solches wird Luft durch die Schwerkraft nach unten gezogen, genau wie alles andere, was Masse hat. Eine Handvoll Luft hat vielleicht nicht viel Masse, aber hundert Kilometer Luft sind eine andere Geschichte. Wenn Sie ein Quadrat von einem Meter mal einem Meter auf den Boden zeichnen (was ungefähr der Grundfläche eines Kühlschranks entspricht), hat die gesamte Luft direkt über diesem Quadrat eine Gesamtmasse von etwa zehntausend Kilogramm. Aufgrund der Schwerkraft der Erde drückt diese Masse mit einer Kraft von etwa zwanzigtausend Pfund auf den Quadratmeter, was dem Gewicht eines leeren Schulbusses entspricht. Mit anderen Worten, wenn Sie einen leeren Schulbus auf einen Quadratmeter großen Sockel stellen (um die Kraft auf den richtigen Bereich zu konzentrieren), würde der Boden unter dem Sockel genauso viel Gewicht vom Bus erfahren wie normalerweise aus der Luft.
Zeichnen Sie nun ein Quadrat von einem Zoll mal einem Zoll auf Ihre Schulter. Die hundert Kilometer Luft direkt über diesem Quadrat haben eine Gesamtmasse von 7 Kilogramm. Unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft drückt diese Masse mit einer Kraft von etwa 15 Pfund auf den Quadratzoll Ihrer Schulter. Dies entspricht dem Gewicht einer großen Bowlingkugel. Mit anderen Worten, die Luft drückt auf den Quadratzoll auf Ihrer Schulter genauso stark nach unten, als ob eine große Bowlingkugel auf diesem Quadratzoll sitzen würde und keine Atmosphäre. Darüber hinaus gibt es nichts Besonderes an diesem bestimmten Quadratzoll auf Ihrer Schulter. Jeder Quadratzentimeter auf der Oberfläche Ihres Körpers fühlt sich 15 Pfund an, weil die Luft in der Atmosphäre darauf drückt. Wenn Ihre Handfläche beispielsweise eine Oberfläche von 10 Quadratzoll hat (was ein typischer Wert ist), drückt die Luft mit einer Gesamtkraft auf Ihre Handfläche, die dem Gewicht von 10 großen Bowlingkugeln entspricht. Aber warum fühlst du es nicht? Es fühlt sich sicherlich nicht so an, als würden Sie ständig 10 große Bowlingkugeln in der Hand halten. Die Antwort ist, dass Luft eine Flüssigkeit ist.
Als Fluid kann Luft in jede Richtung strömen und jede Form annehmen. Dabei überträgt Luft die Quetschkraft ihres Gewichts in alle Richtungen, sogar nach oben. Halten Sie Ihre Hand mit der Handfläche nach oben. Es stimmt zwar, dass die Luft mit der Kraft von 10 Bowlingkugeln auf Ihre Handfläche drückt, gleichzeitig drückt die Luft mit der Kraft von 10 Bowlingkugeln auf Ihren Handrücken. Infolgedessen ist die Gesamtkraft auf Ihre gesamte Hand Null. Die einzelnen Oberflächen (die Ober- und Unterseite Ihrer Hand) spüren den Luftdruck, aber die Hand als Ganzes erfährt keine Nettokraft von der Atmosphäre. Deshalb fühlt es sich nicht so an, als würden Sie ständig zehn Bowlingkugeln in Ihrer Handfläche herumschleppen, und deshalb stecken hundert Kilometer Luft über Ihnen Ihre Hand nicht auf den Boden. Ähnlich, obwohl Luft mit Hunderten von Pfund Kraft auf die Oberseite Ihres Kopfes drückt, Es drückt auch mit Hunderten von Pfund Kraft auf Ihr Kinn und Ihren Hals. Dadurch wird Ihr Kopf nicht gegen den Bürgersteig gedrückt. Auf diese Weise bewirkt die flüssige Natur der Luft, dass das Gewicht der Atmosphäre überall auf Sie einwirkt, Sie jedoch nicht nach unten drückt.
Diese Aufhebung der Kräfte auf Ihre Hand erfolgt nur, wenn atmosphärische Luft sowohl die Handfläche als auch den Handrücken erreichen kann. Wenn Sie die Luft entfernen, die auf dem Handrücken nach oben drückt, Es wird keine Aufhebung der Kräfte mehr geben und Sie werden erleben 10 Bowlingkugeln im Wert von Gewicht auf Ihrer Hand insgesamt. Sie können dies teilweise tun, indem Sie eine extrem starke Vakuummaschine einschalten, während Sie die Öffnung am Ende des Schlauchs direkt gegen Ihren Handrücken drücken. Die Vakuummaschine saugt und entfernt die Luft, die auf den Handrücken drückte, so dass Ihre Hand insgesamt die Abwärtskraft des Luftdrucks auf der Handfläche spüren kann. Sie würden diese Erfahrung wahrscheinlich als den Schlauch beschreiben, der Ihre Hand nach unten saugt, und daher sagen, dass die Kraft, die Ihre Hand insgesamt spürt, eine vom Schlauch ausgeübte Zugkraft ist. In Wirklichkeit drückt das Gewicht der Luft über Ihrer Hand Ihre Hand nach unten in Richtung des Vakuumschlauchs und ist die Quelle der Kraft.
Jedes Mal, wenn wir über Absaugung sprechen, meinen wir wirklich, die Luft von einer Seite eines Objekts zu entfernen, so dass das immense Gewicht der Luft in der Atmosphäre vom Objekt insgesamt erfahren werden kann, ohne aufgehoben zu werden. Jedes Mal, wenn Sie Schwierigkeiten hatten, einen Saugnapf aus einem Fenster zu entfernen, ist diese Widerstandskraft, die Sie erfahren, buchstäblich das Gewicht der Luft der Atmosphäre, die sie gegen das Glas drückt. Wenn der Saugnapf groß ist und eine gute Abdichtung aufweist, sind Sie nicht stark genug, um den Saugnapf direkt abzuziehen. Einfach ausgedrückt, Sie sind nicht stark genug, um der Kraft der Luft entgegenzuwirken, die den Saugnapf gegen das Glas drückt. Sie können den Saugnapf jedoch leicht vom Fenster nehmen, indem Sie atmosphärische Luft auf die andere Seite des Saugnapfs gelangen lassen. Stecken Sie einen Stift oder Stift zwischen die Tasse und das Glas, um die Dichtung zu brechen, und lassen Sie so Luft hinter den Saugnapf strömen. Sobald dies geschieht, heben sich die Kräfte auf den Becher aus der Luft auf beiden Seiten auf und der Becher wird nicht mehr gegen das Glas gequetscht. Mit diesen Konzepten im Hinterkopf sollte es nun offensichtlich sein, dass Saugnäpfe im Vakuum des Weltraums nicht funktionieren.
Selbst wenn die Kraft der Luft auf dem Handrücken die Kraft der Luft auf der Handfläche aufhebt, wird Ihre Hand immer noch in der Mitte zwischen diesen beiden entgegengesetzten Kräften zerquetscht. Glücklicherweise gibt es auch Druck in der Hand nach außen gerichtet, die die innere Kraft des Luftdrucks aufhebt. Infolgedessen gibt es keine Nettokraft auf der Oberfläche Ihrer Hand. Der Innendruck wird nicht durch Luft, sondern durch eingeschlossenes Wasser verursacht. Der innere Körperdruck wird durch halbstarre Zellen erzeugt und aufrechterhalten, die unter Verwendung der chemischen Anziehungskräfte zwischen Wasser und Ionen wie Natrium mit Wasser aufgepumpt werden. Jede Zelle ist ein bisschen wie ein Wasserballon. Wenn Sie Wasser in einen Ballon pumpen, kann der innere Wasserdruck den äußeren Luftdruck aufheben und der Ballon behält seine Form, ohne zerkleinert zu werden.
Wenn Sie einen Behälter luftdicht machen und dann seinen Innendruck verringern, so dass der Löscheffekt verschwindet, ist das Gewicht der atmosphärischen Luft tatsächlich stark genug, um den Behälter nach innen zu zerdrücken. Nehmen Sie zum Beispiel ein leeres Metallfass und erhitzen Sie es mit der Kappe, so dass sich die Luft im Inneren des Fasses erwärmt, ausdehnt und teilweise entweicht. Setzen Sie nun die Kappe fest auf und legen Sie das Fass in einen Eispool. Wenn die verbleibende Luft im Fass abkühlt, verliert sie ihren Druck und kann den Luftdruck außerhalb des Fasses nicht mehr aufheben. Infolgedessen implodiert der Lauf.
Beachten Sie, dass die meisten Gewebe in Ihrem Körper stark genug sind, um der resultierenden Nettokraft standzuhalten, selbst wenn der innere Körperdruck und der äußere Luftdruck nicht genau gleich sind und sich daher nicht gegenseitig aufheben. Wenn Sie zum Beispiel einen Menschen ohne Raumanzug in das Vakuum des Weltraums bringen, gibt es den normalen inneren Körperdruck, aber keinen äußeren Luftdruck, um ihn aufzuheben. Trotz dieses Unterschieds explodiert eine solche Person nicht, da die Haut stark genug ist, um dem Druck standzuhalten. Die Vakuumexposition schadet zwar dem Menschen und führt nach einigen Minuten sogar zum Tod, führt jedoch nicht dazu, dass der Mensch aufgrund der Druckdifferenz explodiert.
Themen: Luft, Luftdruck, Atmosphäre, Druck