Luftdruck Autoreifen
Hallo, ich habe mal eine blöde Frage. An Tankstellen, etc. gibt es doch solche Geräte, wo man den Luftdruck bei Autoreifen kontrollieren kann. Aber müsste man dazu nicht das Rad abnehmen oder das Auto aufbocken, weil das Auto hat ja auch ein Gewicht, was auf die Räder drückt. Und der Druck ist ja das Gewicht, was auf einer Fläche lastet. Wenn ich jetzt bei einem losen Rad den Druck messen würde, müsste der doch viel kleiner sein, als wenn dann noch die 2 oder 3 Tonnen von dem Auto dazukommen.
9 Antworten
Volumen und Druck im Reifen sind umgekehrt proportional. Das Volumen verringert sich bei Belastung nur um einen winzigen Bruchteil, folglich auch der Druck.
Da sich die Last auf alle 4 Reifen verteilt, und die Reifen ein relativ großes Volumen haben, sind die Druckunterschiede minimal.
Die Luftdruckangaben der Hersteller beziehen sich immer auf das Auto wenn es auf den Rädern steht.
nicht ganz, das reserverad hat (aus einem anderen grund) mehr druck als die am wagen montierten räder
Die Frage ist garnicht blöd, sondern physikalisch sehr interessant. Also, nehmen wir an der Reifen hätte keine Steifigkeit und wäre bevor er am Auto montiert wird mit 2,5 bar aufgepumpt. Jetzt schrauben wir das Rad an. Weiter nehmen wir an, das Auto würde 1000 kg wiegen. Pro Rad also 250 kg Gewicht. Der Reifen drückt sich jetzt so weit zusammen, dass eine Aufstandsfläche von 100 cm² entsteht. Dann drückt der Reifen mit 100 x 2,5 = 250 kp auf den Boden und alles ist im Gleichgewicht. Der Druck im Reifen erhöht sich dabei minimal, weil die erzeugte Flachstelle das Volumen etwas verkleinert. Der Effekt ist aber sehr klein, weil die Volumensverkleinerung nur im Promille Bereich liegt. Nebenbei bemerkt, ist das aber der Effekt, der die Walkarbeit des Reifens verursacht und bei schneller Fahrt zur Erhitzung führt.
Deine Frage ist ja offensichtlich, warum der Druck im Reifen nicht steigt, obwohl das Auto so schwer ist. Am anschaulichsten beantwortet man dies, wenn man Kräfte F = dp/dt als Impulströme interpretiert, wie schon von Max Planck vorgeschlagen.
Aus dem Gravitationsfeld der Erde fließt ein ständiger Impulsstrom in das komplette Auto, die Stärke dieses Stroms entspricht der Gewichtskraft. Weil das Auto sich ja nicht nach unten bewegt, bleibt dieser Impuls aber nicht im Auto, sondern fließt direkt in den Boden ab. Der einzige Weg ist aber der über die Reifen. Betrachten wir nur den Weg des Impulsstroms von der Reifen Innenseite unten bis zur Außenseite in den Boden. Hier gibt es zwei Wege, geradeaus durch die Luft im Reifen oder außen herum durch das Gummi. Die Impulsstromdichte, also der Quotient aus Impulsstrom durch Fläche, ist die mechanische Spannung, in einem Gas ist es einfach nur der sogenannte Druck. Dieser Druck ist im Autoreifen aber fast konstant, weil sich Volumen und Temperatur kaum andern. Der größte Teil des Impulsstroms fließt daher durch das Gummi, und dort herrschen dann extreme mechanische Spannungen, diese muss das Gummi aushalten müssen.
Für einen Physiker nichts, aber die Frage wird nicht beantwortet. Und erst ein Physikstudium zu absolvieren, um aus Deinem Beitrag die Antwort herauszudestillieren, schein ein wenig aufwendig. ;-)
Die Impulsstromdichten sind die Komponenten des mechanischen Spannungstensors. Da uns nur die vertikale Komponente interessiert, kann man sich den Tensorkram hier sparen, im Übrigen benutzt man ansonsten einfach drei verschiedene Farben und hat das gleiche.
Worauf ich hinaus will: Eine Zeichnung würde es besser veranschaulichen. Der Impuls kommt in das Auto hinein und muss in den Boden. Jeder Schüler versteht, dass er dazu durch die Reifen muss (sehr anschaulich in einem Bild zu sehen, hab jetzt natürlich keins gemacht).
Im Reifen gibt es halt zwei Wege, durch die Luft im Reifen oder durch das Gummi. Dieser Sachverhalt ist kinderleicht und ich habe ihn in meiner Antwort beschrieben. Was nicht so einfach zu erklären ist, warum der größte Teil durch das Gummi fließt und nicht durch die Luft. Dies hängt halt mit der Besonderheit von Gasen zusammen, da dort die Größen p, V und T fest aneinander gekoppelt sind, auch dies habe ich erwähnt.
Und genau das war die Frage des Fragestellers. Warum gibt es beim Luftdruck im Auto kaum Änderung, wenn das Auto plötzlich auf dem Boden steht?
Den Fragesteller wundert doch, warum die Gewichtskraft des Autos keinen Einfluss zu haben scheint? Hier steckt (und das ist ja der Witz) so eine Vorstellung dahinter, die Gewichtskraft müsse doch irgendwie an die Reifen übertragen werden und dort einen Effekt bewirken. ???
Das ist aber das Problem. Kräfte sind Schnittgrößen. Sie sind nicht mengenartig, sie können nicht wandern, nicht fließen und nicht übertragen werden. All dies ist physikalischer Blödsinn. Richtig wird das alles, wenn man den Impuls nimmt. Er ist mengenartig. Der Impuls, der im Auto zufließt, fließt nach unten, fließt in die Reifen, fließt durch die Reifen, fließt in den Boden.
Ein Beispiel einer schön mit bedeutungsschweren Worten formulierten, aber nichtsdestotrotz völlig sinnfreien Antwort.