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Noch Fragen?

Frage Nummer 102892 Bananabender

Wasserdruck

Wenn ich zwei 10.000 Liter Wassetanks habe, beide gefüllt, den einen in einer Höhe von 1 m über dem Boden, den anderen 10 m über dem Boden. Hat das austretende Wasser am Boden den gleichen Druck?
Antworten (31)
Bananabender
Bonus Question:
Hat der Druck etwas mit dem Durchmesser des Ablaufrohres zu tun?
bh_roth
Man sagt auch Wassersäule. 10 Meter Wassersäule entsprechen 10 bar.1 Meter Wassersäule demnach 1 bar. Und natürlich ist der Wasserdruck vom Querschnitt einer Leitung abhängig. Hast du einen größeren Querschnitt, hast du weniger Wasserdruck bei mehr Durchflussmenge und umgekehrt.
So wird doch auch heute noch in Australien in ländlichen Gebieten für Wasserdruck gesorgt, indem man das Wasser in einen (meist) kugelförmigen Behälter in schwindelnder Höhe gepumpt wird, Und von dort geht es dann ins Leitungsnetz.
Amos
Der Druck ist in 1m oder 10m der gleiche. Isaac Newton. Erst im Weltraum macht sich dann die Schwerelosigkeit bemerkbar.
Bananabender
bh_roth:
auf meiner Farm in Coonabarabran hatte ich einen 20.000 Liter Wassertank um das Regenwasser vom Dach aufzufangen. Der Tank war ca 1 m über dem Boden.
Ich habe mich niemals gefragt, weshalb einige Farmer ihren Tank 10 m in die Höhe auf Stelzen montierten, und dann das Wasser von dem Tank unten in den Tank oben pumpten.
Heute waren wir wieder in der Gegend, und da habe ich mich gefragt.
Bei mir dauert es manchmal lange, bis eine Frage heranreift.
Amos
10.000 l Wasser entsprechen 10.000 kg. Das Gewicht ändert sich nicht in 10 m Höhe. Auch nicht in 100 m Höhe.
bh_roth
Niemand hat behauptet, dass sich das Gewicht des Wassers ändert. Es geht um den aus der Schwerkraft resultierenden hydrostatischen Druck.
Amos
Habe eben zufällig mit meinem früheren Physiklehrer telefoniert: er ist der gleichen Ansicht.
bh_roth
Ich muss mich korrigieren. 10 Meter entsprechen nicht 10 Bar, sondern ca. 1 Bar. Es errechnet sich wie folgt:
p(h) – Hydrostatischer Druck in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels
g – Erdbeschleunigung (für Deutschland: g ≈ 9,81 m/s²)
rho – Dichte (für Wasser: rho ≈ 1000 kg/m³)
h – Höhe des Flüssigkeitsspiegels [1]
Beispiel Wassersäule (Höhe 50 m): 50 m × 1000 kg/m³ × 9,80665 m/s² ≈ 490.333 N/m² ≈ 4,90 bar
Einen schönen Gruß an deinen Physiklehrer, lieber Amos.
Amos
Der hydrostatische Druck ändert sich innerhalb von 10 Metern nicht. Jedenfalls nicht meßbar.
Amos
g dürfte in 1 m und 10 m gleich sein.
Amos
Bei 10.000 l ist die Wassersäule bei identischen Tanks nicht unterschiedlich. Irre ich?
bh_roth
Richtig, Amos, g ist gleich. Eine feste Größe in der Formel. Für unsere Breiten ist das 9,81. Aber die Höhe ändert sich, und damit das (Druck-) Ergebnis.
ing793
Ihr seid ein paar Physikgenies!
Auf dem Rohrende des einen Tanks lastet ein Meter Wassersäule, mithin tritt das Wasser mit 0,1 bar Überdruck aus dem Rohr. Auf dem anderen Rohrende lastet eine Wassersäule von 10 Meter. Das Wasser tritt hier mit 1 bar Überdruck aus. Das ist der Grund, warum -teilweise auch noch heute - das städtische Wasserleitungsnetz mit Wassertürmen auf Druck gehalten wird.
Der Rohrdurchmesser beeinflusst nur den Durchfluss, nicht den Druck.
Bananabender
Hi ing: müsste dann – bei gleichem Rohrdurchmesser – der obere Tank nicht eher leer sein?
Amos
Überzeugt mich nicht, da bei beiden der Druck von 10.000 Litern lastet.
hphersel
Ich bin zwar nicht ing, aber die Antwort lautet Nein. Die Fließgeschwindigkeit richtet sich nach der Menge, die pro Zeiteinheit durch das Rohr fließen kann, un diese Menge ist bei gleichem Rohrdurchmesser gleich.
Zum Thema Wasserdruck, lieber Amos: Wann wrst Du das letzte Mal schimmen oder gar tauchen? Der Druck des Wassers über Dir nimmt beim Tauchen sehr schnell zu, den Unterschied spürst Du deutlich. Dabei ist es völlig egal, wie groß das Schwimmbecken ist; Entscheidend ist die Höhe der wassersäule über Dir. Das Stickwort für weitere Recherche lautet "hydrostatischer Druck".
bh_roth
Na, ing, dann danke ich mal dafür. Meine erste Aussage war falsch, bezogen auf den Druck. Da habe ich mich verrechnet. Aber das habe ich korrigiert. Deshalb bleibt es bei meiner Kernaussage, dass der höhere Tank gegenüber dem niedrigeren Tank ein um den Faktor 10 höheren Druck hat. Und somit hat Amos und sein alter Physiklehrer nicht recht. Und was den Druck in zwei Rohren mit verschiedenen Durchmessern angeht, bleibe ich bei Freund Venturi.
Amos
Sollte der Tank in 100 Metern Höhe angebracht sein, wäre der Druck der hundertfache?
bh_roth
Etwa das hundertfache des "Referenztanks" in 1 Meter Höhe, also ca. 10 bar (genau 9,81 bar). Sei doch mal so gut, und schau dir meine Formel an, die habe ich doch nicht aus Jux dort hingeschrieben.
ing793
@banana: die Antwort eines ing lautet "Ja".
Der Durchfluss hängt auch vom Druck ab.
ing793
@bh sorry, ich hatte dich da mistverstanden
hphersel
@ ing: Wirklich? Gut, dann habe ich soeben etwas Neues gelernt :-)
ing793
@hp: geh' in die Küche, dreh' das Wasser halb auf, fülle damit ein beliebiges Gefäß und miss die Zeit, die Du dafür brauchst.
Dann dreh' das Wasser ganz auf. Der Querschnitt des Wasserhahnes hat sich im Rahmen der Messgenauigkeit nicht geändert, trotzdem wird das Gefäß schneller voll sein.
ing793
physikalische Grundlage ist der Satz von Bernoulli, der Sinngemäß besagt, dass die Energie erhalten bleibt
Bei dem Ausfluss aus dem Wassertank hat das Wasser am Rohreingang einen gewissen Überdruck (bei zehn Meter z.B. ein bar) und eine gewisse potentiell Energie.
Bis zum Rohrausgang fällt der Druck auf Umgebungsdruck, die potentielle Energie wird mit geringerer Höhe auch weniger. Energie ginge also verloren - das geht nicht.
Sie wird stattdessen in Geschwindigkeitsenergie umgesetzt.
Und jetzt wird klar: je höher der Eingangsdruck, desto höher die Geschwindigkeit. Bei gleichem Rohrquerschnitt bedeutet das mehr Volumen.
hphersel
Liber ing, das Phänomen kenne ich, habe es aber bisher darauf zurückgeführt, dass das Rohr bei halboffenem Hahn auch nur halb geöffnet wäre. Wenn Du Recht hast, funktionieren Wasserhähne anders als ich es mir bisher vorgestellt habe...
ing793
@hp Du hast recht, der Wasserhahn in der Form war ein falsches Beispiel. Da steht am Eingang immer der gleiche Druck an und beim Aufdrehen wird der Querschnitt vergrößert.
Alternativbeispiel: Du öffnest einen Wasserhahn, beobachtest den Durchfluss und machst dann einen anderen Wasserhahn zusätzlich auf. Je nach Dimension der Wasserleitung reduziert der Zweite den Druck im System und aus dem ersten Hahn kommt jetzt weniger.
Bei mir merke ich das sehr deutlich: meine Heißwasser läuft über Durchlauferhitzer und die Mischbatterie reagiert extrem auf Durchflussschwankungen. Wenn ich unter der Dusche stehe und jemand dreht das Wasser am Waschbecken auf, dann ist mein warmes Wasser praktisch weg mit den entsprechenden Folgen...
miele
Natürlich nicht, mit dem nur 1 m über dem Boden stehenden Tank wirst du eine Zapfstelle in 2 m Höhe ohne Pumpe nicht versorgen können, mit dem andern Tank schon.
Bananabender
Ich weiß, ich hätte die Frage damals stellen sollen, als ich dort wohnte, aber da hatte ich die Frage noch nicht. Also:
Weshalb spenden manche Farmer so viel Geld und Arbeit darin, einen zweiten Tank auf 10m hohen Stelzen zu bauen um dann das Wasser aus dem unteren Tank in den oberen zu pumpen, wenn man das Wasser doch gleich aus dem einzigen Tank in die Küche pumpen kann.
Ich hatte nur einen Tank, und das Wasser habe ich mit einem Kanister nach innen geholt.
bh_roth
Banana, warum das gemacht wird, ist doch klar. Aus dem oberen Tank hat das Wasser immer einen gleichbleibenden Druck. Beziehe ich mein Wasser aus einem "drucklosen" Tank mit Hilfe einer Pumpe, muss erst mal ein Sensor feststellen, dass Wasser gebraucht wird (System Hauswasserwerk), um dann mit maximalem Pumpendruck zu fördern, egal ob ich diesen Druck brauche, und egal, ob das angeschlossene Gerät den hohen Pumpendruck vertragen kann. Setze ich jetzt eine Pumpe mit flexibler Förderleistung ein, mit Sanftanlauf und Druckbegrenzer an der Waschmaschine und ähnlichen Spielereien, ist der technische Aufwand ziemlich hoch. Und gerade in Australien sind die einfachen Lösungen die, die das Überleben sichern. Aus dem oberen Tank kommt auch Wasser, wenn der Strom mal wieder ausfällt oder das Stromaggregat defekt ist.
Bananabender
Danke, jetzt kann ich wieder ruhig schlafen.