Afdeling:Natuurkunde/Inleiding in de natuurkunde/Druk
Druk bewerken
Een olifant heeft niet voor niets heel brede poten. Zijn gewicht (de zwaartekracht) wordt zo over een groter oppervlak verdeeld. Een fundering is niet voor niets breder dan de muur die erop staat. Het gewicht van de muur wordt beter verdeeld over de ondergrond en zakt er dus minder gemakkelijk in weg. Belangrijker dan de kracht die wordt uitgeoefend, is vaak de druk die wordt uitgeoefend. Bij de druk is het van belang te weten over welk oppervlak de kracht wordt verdeeld.
De druk drukken we gewoonlijk uit in N/m2 (spreek uit: newton per vierkante meter). Als de druk 5 N/m2 is, dan drukt op elke m2 een kracht van 5 N.
 | Pascal De fransman Blaise Pascal (1623-1662) is voor zijn werk geëerd door zijn naam te verbinden aan de eenheid N/m2. 1 N/m2 = 1 Pa (spreek uit: pascal) |
Dat betekent dat als de druk 5 N/m2 (ofwel 5 Pa) is, dan drukt op elke m2 een kracht van 5 N.
Maar we kunnen de druk ook uitdrukken in N/cm2. Hoeveel N/cm2 is 5 N/m2? Laten we eerst een kijken hoeveel cm2 er in een m2 gaan. Er gaan 100 cm in de lengte in 1 m en ook 100 cm in de breedte, dus er gaan 10 000 cm2 in een m2.
Die 5 N moet nu dus verdeeld worden over 10 000 cm2. Per cm2 is dat 10 000 keer zo weinig, dus nog maar 0,0005 N.
Kortom: 5 N/m2 = 0,0005 N/cm2
De formule voor de berekening van de druk p op een oppervlak A ziet er als volgt uit:
|
|
Hierin is:
|
Let op: de kleine letter p voor de druk lijkt op de ρ (rho) van dichtheid. Het zijn heel andere begrippen en de letters hebben ook een heel andere oorsprong. Het is maar toeval dat ze op elkaar lijken.
Toelichting: drukverspreiding bewerken
Stel dat we een stalen kolom met een aangelaste voetplaat plaatsen op een voetstuk van metselwerk. Het voetstuk meet 225 mm x 225 mm. Zie onderstaande tekening.
Vraag: Stel nu dat het metselwerk niet meer druk kan verdragen dan 2 N/mm2. Hoeveel mag de maximale belasting zijn? Met maximale belasting wordt hier de maximale kracht bedoeld.
De maximale druk is 2 N voor elke mm2. Er zijn echter 225 × 225 = 50 625 mm2.
De maximale belasting is dus 2 × 50 625 = 101 250 N.We kunnen dit ook uitrekenen met de formuledriehoek:
Gegeven is:
- De maximale druk (p) is 2 N/mm2.
- Het oppervlak (A) is 50 625 mm2.
Gevraagd is:
- De kracht (F)
We bepalen met hulp van de driehoek dat:
| F | = | p | • | A | |
| = | 2 N/mm2 | • | 50 625 mm2 | ||
| = | 101 250 N |
Toelichting: luchtdruk bewerken
Voor luchtdrukken gebruiken we nog een andere eenheid: de 'bar'. Die eenheid is afgeleid van de barometer, de luchtdrukmeter bij de weerdienst. Eén bar is ongeveer de luchtdruk waar alles op zeeniveau op aarde dagelijks aan bloot staat: 100 000 N/m2.
|
| bar 1 bar = 100 000 N/m2 = 100 kPa (spreek uit: kilo-pascal) 1 mbar (spreek uit: millibar) = 1 hPa (spreek uit: hecto-pascal) |
Oefening: druk