Der Stempeldruck in Flüssigkeiten

Wenn man ein Glasgefäß, das aussieht, wie unten abgebildet, mit Wasser füllt und dann den Stempel hinunterdrückt, spritzt das Wasser nach allen Seiten gleich stark heraus und nicht nur in Richtung der wirkenden, auf den Stempel drückenden Kraft.

Wenn man zusätzlich in das Glasgefäß eine luftgefüllte Gummiblase tut, dann wird auch diese gleichmäßig eingedrückt und nicht nur von der Seite, aus der die Kraft kommt.



Durch die auf den Stempel ausgewirkte Kraft wird das Wasser in einen Zustand versetzt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass nach allen Richtungen Kräfte wirksam werden, ohne dass eine bestimmte Richtung bevorzugt würde. Diesen Zustand bezeichnet man als hydrostatischen Druck. Da er, wie in diesem Fall, meist durch einen Stempel erzeugt wird, spricht man auch von Stempeldruck. Wichtig ist:

Druck und Kraft sind zwei unterschiedliche physikalische Größen. Während die Kraft stets in eine bestimmte Richtung wirkt, hat der Druck im Inneren von Flüssigkeiten keine bestimmte Richtung, sondern wirkt in alle Richtungen gleichmäßig. Dabei macht er sich durch die Kräfte bemerkbar, die auf die Begrenzungsflächen der Flüssigkeit ausgeübt werden, also auf die Gefäßwände oder die Wände, in die Flüssigkeit hineingebrachter Gegenstände.

Die Erklärung für dieses Phänomen ist denkbar einfach: Eine Flüssigkeit besteht aus vielen fast frei beweglichen Molekülen, die man sich hier einfach als Kügelchen vorstellen kann. Wenn nun der Stempel auf diese Kügelchen drückt, versuchen sie ihm nach allen Seiten auszuweichen. Bei Festkörpern ist das unmöglich, da hier die Moleküle fest aneinander haften und sich nicht unabhängig voneinander bewegen können. Auf Gase hingegen lassen sich die gemachten Beobachtungen übertragen.

Durch Messungen kann man feststellen, dass der Quotient, der auf eine Grenzfläche wirkenden Kraft und deren Flächeninhalt immer gleich groß ist und auch mit dem Quotienten der auf den Stempel drückenden Kraft und der Stempelfläche übereinstimmt. Bei gleichem Druck gilt:

F1 / A1 = F2 / A2 = F3 / A3

Darum hat man den Druck als Quotienten von wirkender Kraft und Fläche, auf die gewirkt wird, festgelegt:

p = F / A

Will man dann die Kraft berechnen, die an einer Fläche anliegt, muss man nur den herrschenden Druck mit der Größe dieser Fläche multiplizieren:

F = p * A

Diese einfachen Formeln gelten so aber nur in Flüssigkeiten, in Gasen sind noch andere Aspekte zu beachten.