Kleine Quizfrage betr. Atmosphäre, Druck, Vakuum

die Waage (die das Gewicht bzw. die Gewichtskraft durch elastische Verformung misst) ist im Normalzustand kräftefrei, da sämtliche Teile, innen wie außen, mit demselben Druck beaufschlagt sind. Beim vakuumisieren fehlt der innere Gegendruck, d.h., auf die Waage wirkt ein Druck von 1kg/cm^2 - wie gesagt ohne Gegendruck. Der Druck von der Seite hat keinen Einfluss, da er nicht zur Messeinrichtung der Waage beiträgt. Von oben wirken auf die 10x10cm 100kg - und von unten natürlich auch (sonst würde die Waage, beschleunigt mit einer Kraft von 100 N, wegfliegen) - also kommen 200kg heraus.

@Weide

thx, gut auf den Punkt gebracht. So wirds sein.
Ergebnis einer Waagen-Vakuumisierung werde ich posten.

ich bin gespannt :-)

Weide schrieb:Beim vakuumisieren fehlt der innere Gegendruck, d.h., auf die Waage wirkt ein Druck von 1kg/cm^2 - wie gesagt ohne Gegendruck. Der Druck von der Seite hat keinen Einfluss, da er nicht zur Messeinrichtung der Waage beiträgt. Von oben wirken auf die 10x10cm 100kg -

Bis hierher entspricht das genau dem, was ich ja auch schrieb.

Weide schrieb:und von unten natürlich auch (sonst würde die Waage, beschleunigt mit einer Kraft von 100 N, wegfliegen) - also kommen 200kg heraus.

Hier allerdings fehlt es mir am Verständnis. Lassen wir doch einmal das Vakuum weg, stellen die Waage auf den Küchentisch und belasten sie mit 1 kg. Was zeigt die Waage an? 1 kg, richtig?
Wie wird die Waage denn in dem Moment belastet? Es wirkt 1 kg (bzw. eben 9,81 N) von oben auf die Waage. Und bewegt sich unsere Waage? Nein. Warum nicht? Weil sie auf der Unterseite eine entsprechende Gegenkraft erhält. (Streng genommen ist diese Gegenkraft sogar noch um das Eigengewicht der Waage größer!) D.h. auch in diesem Fall wirkt die Kraft von beiden Seiten auf die Waage ein. Und sie zeigt trotzdem nicht das doppelte an. Warum sollte sie es also im Vakuum plötzlich tun? Das ergibt schlicht und ergreifend keinen Sinn!

@Steinlaus
deswegen bin ich ja auch gespannt auf das Ergebnis der Messung ;-).

Die Waage aus Deinem Beispiel zeigt 1kg an, weil sie darauf getrimmt wurde. Stelle Dir einen Gegenstand vor, der vor Dir liegt und den Du mit den einen Arm mit einer Kraft von 100N seitlich anstößt. Du willst aber, dass er sich nicht bewegt - also musst Du von der anderen Seite mit dem anderen Arm gegendrücken - natürlich ebenfalls mit 100N. Der Gegenstand muss nun 200N aushalten.

@Weide

es geht aber nicht darum was die Waage aushält sondern was sie anzeigt

@Nerok
Danke, da hast du natürlich Recht. Ich fühle mich bei so etwas vermeintlich trivialem immer echt schlecht.

Von daher zeigt sie mutmaßlich doch nur 100kg an - ich bin gespannt.

@der-Ferengi
@StUffz
@DonFungi
@Malthael
@Steinlaus
@Weide
@Nerok

Na schön. Ihr wollt es ja nicht anders :D

Wenn es ein Gedankenexperiment sein soll:

Die (100% genaue) Waage wird, wenn sie hermetisch eingeschlossen ist und dabei die Beweglichkeit der Wiegefläche vollständig erhalten bleibt, bei einem Luftdruck von 1 Bar und einem vollständigen Vakuum im Inneren, eine (Bauart - abhängige) winzige Spur mehr als 100 Kilopond anzeigen.

Das Warum lasse ich jetzt mal offen, damit etwas zum Diskutieren übrig bleibt.
Nur ein kleiner Tipp: Eine Waage misst nicht ein Gewicht sondern die Verkürzung eines elastischen Mediums (z.B. einer Feder) durch eine Kraft.

(ja, alter Klugschssr, schon gut :D )

@Weide

Weide schrieb:Von oben wirken auf die 10x10cm 100kg - und von unten natürlich auch (sonst würde die Waage, beschleunigt mit einer Kraft von 100 N, wegfliegen) - also kommen 200kg heraus.

Du darfst die Kraft nicht einfach verdoppeln.
Beispiel: Einen Balken (Eigengewicht vernachlässigt) mit 100 cm² werde senkrecht mit 100kg belastet in dem man 100kg daranhängt. Dann beträgt die Spannung 1kg/cm² bzw. 10N/cm² und nicht 20N/cm².

Man darf hier nicht rechnen 1000N Richtung Erde und 1000N Richtung Decke. Das ist falsch.

Ich habe den Fehler früher gemacht bei der Berechung einer Ausgangsspannung eines Piezoelektrischen Sensors und mein Ergebnis war immer um den Faktor 2 zu groß ;)

Das heißt die Waage mit Querschnitt 100 cm² wird bei der Absolutdruckmessung und 1 bar Luftdruck 100kg anzeigen.

ShortVisit schrieb:eine (Bauart - abhängige) winzige Spur mehr als 100 Kilopond anzeigen.
Das Warum lasse ich jetzt mal offen, damit etwas zum Diskutieren übrig bleibt.

Erklärungsversuch: Weil die Kalibrierung der Waage unter Normalbedingungen einen kleinen Auftrieb berücksichtigt.

Ich möchte noch einmal darauf hinweisen, dass dieses Gedankenexperiment einen Sonderfall darstellt.
Man stelle sich statt Waage zwei Scheiben mit einer Feder dazwischen vor. Diese Konstruktion schweisse ich ein, und setze sie damit dem Atmosphärendruck aus. Welchem Gewichtskraft Äqivalent entspricht die Verformung der Feder?

@poipoi

poipoi schrieb:Erklärungsversuch: Weil die Kalibrierung der Waage unter Normalbedingungen einen kleinen Auftrieb berücksichtigt.

Leider nein. Überleg mal: Wie reagiert das Gehäuse der Waage, insbesondere der Boden, auf den erheblichen Druck von außen, wenn innen ein Vakuum herrscht?

@poipoi
Oops.

Hast Du ja im Zweiten bereits beschrieben.

Nimm mal die Waage weg und ersetze sie durch zwei Bretter,
die mit einer Feder verbunden sind..Erfährt eines der Bretter
jetzt einen Auftrieb?

Ja, die ganze Konstruktion erfährt einen Auftrieb, da sie im Luftmeer schwimmt bzw. eben nicht schwimmt, aber leichter erscheint al szB im Weltraum. Aber Auftriebseffekte kann man galub ich alle wegkürzen.
Es ging bei @ShortVisit wohl um mechanische Verformung, die zusätzlich drückt.

@mojorisin
Das mit dem piezosensor ist witzig ;-)

Jetzt nehme den Balken, lege ihn waagerecht, befestigte links und recht jeweils ein Seil und hänge über Umlenkrollen jeweils ein Gewicht ans Seil. Die Gewichte werden durch die Schwerkraft nach unten gezogen und der Balken in die Länge. Wenn links und rechts jeweils 100kg hängen, verhalten sich die Kräfte im Balken so, als ob ein an der Decke hängender Balken senkrecht mit einem Gewicht von 100kg belastet wird, obwohl im einen Fall 200kg dran hängen.

@poipoi

Das:

poipoi schrieb:Ich möchte noch einmal darauf hinweisen, dass dieses Gedankenexperiment einen Sonderfall darstellt.
Man stelle sich statt Waage zwei Scheiben mit einer Feder dazwischen vor. Diese Konstruktion schweisse ich ein, und setze sie damit dem Atmosphärendruck aus. Welchem Gewichtskraft Äqivalent entspricht die Verformung der Feder?

in Verbindung mit dem:

poipoi schrieb:Es ging bei @ShortVisit wohl um mechanische Verformung, die zusätzlich drückt.

ist die Antwort.

Die meisten Waagen messen den Abstand zwischen Wiegefläche und dem Boden des Gehäuses. Gleichgültig wie stabil das Gehäuse gebaut ist, unter einem Außendruck von minestens 100 Kp wird der Boden sich um einen gewissen Betrag nach innen wölben und damit ein (wie ich schrieb) winziges mehr an Gewichts - Anzeige verursachen.

Hochpräzise Waagen werden sicherlich auch dies berücksichtigen, aber normale im Handel erhältlich Waagen ziemlich sicher nicht.

Interessant an der Qizfrage ist, dass eine Waage im Bereich der Schwerelosigkeit, z.B. auf der ISS, zwar als Waage unbrauchbar ist, bei dem Versuch mit dem Vakuum - Beutel aber zwar nicht die 100 Kp, aber einen Wert anzeigt, der etwas geringer ist.

@ShortVisit
Naja, bis auf die Maßeinheit habe ich mich ja "nur" um eine
Zehnerpotenz verrechnet.
Beitrag von der-Ferengi (Seite 1)

@Weide

Weide schrieb:Jetzt nehme den Balken, lege ihn waagerecht, befestigte links und recht jeweils ein Seil und hänge über Umlenkrollen jeweils ein Gewicht ans Seil. Die Gewichte werden durch die Schwerkraft nach unten gezogen und der Balken in die Länge. Wenn links und rechts jeweils 100kg hängen, verhalten sich die Kräfte im Balken so, als ob ein an der Decke hängender Balken senkrecht mit einem Gewicht von 100kg belastet wird, obwohl im einen Fall 200kg dran hängen.

Genau und die Spannung beträgt dann σ = (100kg ⋅ 10 m/s²) / (Fläche A).

Ich tat mir lange schwer damit.

@mojorisin
Es ist aber auch verwirrend ;-)

Mich erinnert das langsam an die Sache mit den zwei Autos, die mit jeweils 100km/h miteinander frontal kollidieren. Fälschlicherweise wird oft angenommen, dass das daselbe wäre, als wenn 1 Auto mit 200 km/h gegen eine Betonwand fährt.
Jetzt stellen wir aber die Betonwand zwischen die beiden Autos und verwandeln sie in eine Waage, was zeigt sie bei der Kollision an?

:troll: