Auflagedruck in der Physik – Erklärung, Formel und Anwendung

Inhaltsverzeichnis zum Thema Auflagedruck

Auflagedruck im Überblick

  • Der Auflagedruck bezeichnet den Druck, den ein Gegenstand aufgrund seiner Gewichtskraft auf eine Oberfläche auswirkt.
  • Eine größere Auflagefläche führt bei gleicher Gewichtskraft zu einem kleineren Auflagedruck als eine kleinere Auflagefläche.
  • Die Gleichung für den Auflagedruck lautet p_A = \frac{F_G}{A}. Dabei ist p_A der Auflagedruck, F_{G} die Gewichtskraft und A die Auflagefläche.
  • Der Auflagedruck hat analog zu allen anderen Drücken die Einheit \pu{Pa} (Pascal).
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Quelle sofatutor.com

Auflagedruck – Erklärung

Allgemein ist ein Druck immer als eine Kraft pro Fläche definiert. Im Fall des Auflagedrucks betrachtet man nun die Normalkraft, die ein Körper auf eine Oberfläche ausübt, und die Auflagefläche des Körpers auf der Oberfläche.

Auflagedruck – Formel

Der Auflagedruck lässt sich unter Kenntnis der Normalkraft F_N sowie der Auflagefläche A wie folgt berechnen:

p_A = \frac{F_N}{A}

Die Einheit des Auflagedrucks lautet demnach \pu{\frac{N}{m^2}} = \pu{Pa}.

Auflagedruck – Beispiel

Um den Auflagedruck zu veranschaulichen, soll im Folgenden der Auflagedruck für ein Alltagsbeispiel berechnet werden. 

Im Winter kann es passieren, dass eine Person beim Schlittschuhlaufen auf einem gefrorenen See ins Eis einbricht. Um der eingebrochenen Person nun wieder aus dem Wasser zu helfen, versucht ein Feuerwehrmann, sich der Person zu nähern. Die Frage ist nun, was er tun kann, um mit seiner schweren Ausrüstung nicht selbst im Eis einzubrechen. 

Mit Ausrüstung hat der Feuerwehrmann eine Masse von ungefähr m= 100\,\pu{kg} und die gemeinsame Auflagefläche A seiner beiden Schuhe auf dem Eis beträgt etwa 0,05\,\pu{m^2}. Die Gewichtskraft wirkt zudem senkrecht style=“font-weight: 400;“> auf die Eisfläche. Da die Gewichtskraft in diesem Fall der Normalkraft entspricht, kann der Auflagedruck nun wie folgt berechnet werden:

p_A = \frac{F_N}{A} = \frac{F_G}{A} = \frac{m \cdot g}{A} = \frac{100\,\pu{kg} \cdot 9,81\,\pu{\frac{m}{s^2}}}{0,05\,\pu{m^2}} = 19\,620\,\pu{Pa}

Der Feuerwehrmann übt durch sein Körpergewicht also einen Auflagedruck von 19\,620\,\pu{Pa} auf das Eis aus. Da das Eis jedoch nicht dick genug ist, um diesem Druck standzuhalten, legt sich der Feuerwehrmann auf das Eis und nähert sich liegend der eingebrochenen Person. Durch die Liegeposition erhöht der Feuerwehrmann seine Auflagefläche A auf ungefähr 0,5\,\pu{m^2}. Durch die nun größere Auflagefläche kann der Feuerwehrmann seinen Auflagedruck auf das Eis verringern.

p_A = \frac{F_G}{A} = \frac{m \cdot g}{A} = \frac{100\,\pu{kg} \cdot 9,81\,\pu{\frac{m}{s^2}}}{0,5\,\pu{m^2}} = 1\,962\,\pu{Pa}

Zusammenfassung – Auflagedruck

In diesem Text hast du den Auflagedruck anhand eines Beispiels auf einfache Weise erklärt bekommen. Du weißt zudem nun, wie man den Auflagedruck eines festen Körpers oder eines Menschen berechnen kann. Weiterhin hast du an der Beispielrechnung gesehen, was man tun kann, um bei gleicher Normalkraft aus einem großen Auflagedruck einen kleinen Auflagedruck zu machen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Auflagedruck

Der Auflagedruck p_{A} lässt sich berechnen, indem man die Gewichtskraft F_{G} eines Körpers durch dessen Auflagefläche A teilt:
p_A = \frac{F_G}{A}

Anschaulich versteht man unter einem Druck eine Kraft, die pro Flächeneinheit auf eine Oberfläche wirkt. Der Auflagedruck ist nun nichts anderes als die Gewichtskraft geteilt durch die Auflagefläche.

Der Auflagedruck hängt von der Gewichtskraft F_G und der Auflagefläche A ab.

Die Einheit des Auflagedrucks lautet Pascal (\pu{Pa}).

Der Auflagedruck wirkt immer in die gleiche Richtung wie die Gewichtskraft.

Allgemein wird der Auflagedruck berechnet, indem man die auf die Auflagefläche wirkende Kraft durch die Auflagefläche teilt, da der Auflagedruck einer Kraft pro Fläche entspricht. Für einen selbst entspricht die wirkende Kraft, wie auch im Beispiel gesehen, der Gewichtskraft, die man auf eine Auflagefläche ausübt. Die Auflagefläche entspricht im Stehen in der Regel der Fläche, mit der die Füße den Boden berühren, oder im Liegen der Gesamtfläche, mit der der Körper den Boden berührt.

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