PDF, 2,54 MB - Fachhochschule Düsseldorf

Mechanik – Druck, das Fakir-Experiment
Material
kleines Holzbrett
einige gleich lange, spitze Nägel (ca. 10 Stück)
Tomate (Apfel, Kartoffel,…)
Hammer
Aufbau und Durchführung
Mit dem Hammer, den Nägeln und dem Holzbrettchen fertigt man sich ein Fakirbrett an.
Dabei schlägt man einen einzigen Nagel am einen Ende des Brettes hindurch und alle
anderen Nägel am anderen Ende des Brettes. Dann nimmt man in jede Hand eine Tomate
(Apfel) und lässt sie aus einer bestimmten Höhe h auf den einzelnen und auf die mehreren
Nägel fallen. Bei einer Fallhöhe von z.B. 30 cm versinkt sie beim einzelnen Nagel, bis sie
beim Brettchen ansteht. Die mehreren Nägel dringen bei gleicher Fallhöhe aber nicht
einmal bis zur Hälfte in die Tomate ein. Führt man den Versuch mit einem Äpfel oder einer
Kartoffel durch, so verkleinern sich die Eindringtiefen.
Erklärung
Druck ist gleich Kraft pro Fläche p=F / A [Pa] = [N] / [m 2 ] Pascal=Newton/Quadratmeter
Die Tomate wird aus derselben Höhe auf das Fakirbrett fallen gelassen. Deshalb kommt sie
auch mit derselben Geschwindigkeit also dem gleichen Impuls bei der Spitze bzw. den
Spitzen der Nägel an. Der Druck p hängt aber von der Kraft F und der Fläche A, auf der
diese Kraft senkrecht angreift, ab. Bei einem einzigen Nagel wird die Tomate mit der Kraft F
nur auf eine Nagelquerschnittsfläche gepresst, wobei bei zum Beispiel 16 (4 mal 4) Nägeln
die Tomate mit derselben Kraft auf 16 Nagelquerschnittsflächen gepresst wird. Somit ist sie
auf die Tomatenoberfläche bei den mehreren Nägeln um ein Vielfaches größer als bei dem
einzelnen Nagel, weshalb die Tomate auch nicht so weit eindringen kann. Bei
entsprechend vielen Nägeln wird die Gesamtfläche so groß bzw. die Kraft pro Nagel so
klein, dass die Nägel überhaupt nicht mehr in die Oberfläche eindringen. Deshalb ist es
auch möglich, sich auf ein Fakirbrett zu legen, ohne Verletzungen davon zu tragen.
Peter Fleißner, Physikalische Freihandversuche zu Hydrostatik und Hydrodynamik,
Diplomarbeit, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Gernot Pottlacher, Karl-Franzens-Universität Graz,
2007
http://portal.tugraz.at/pls/portal/docs/page/Files/i5110/files/Forschung/Thermophysik/DA_Peter-Fleissner.pdf
(modifiziert Kameier 2011)
FH Düsseldorf 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik/
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