Wie viel kraft hält eine 1m^2 große scheibe aus?
Hey,
Ich sitze jetzt seit einer Stunde an einer Physik Aufgabe die wie folgt lautet:
Oft wird angenommen, dass zwischen den Scheiben einer isolierverglasung ein evakuierter raum sei. Berechne die Kraft, die eine 1m^2 große scheibe aushalten müsste.
Wir sollen diese aufgabe mit dem allgemeinen gas gesetz lösen jedoch kommt bei meiner rechnung immer 0 und das kann nicht stimmen!
Ich hoffe ihr könnt mir sagen was ich tun muss!
4 Antworten
Da braucht man keine Gasgesetze, sondern sollte wissen, dass der Luftdruck der Atmosphäre (auf Meereshöhe) etwa 101325 Pa beträgt. Wenn also von der einen Seite ein entsprechender Druck auf die Scheibe wirkt, und auf der anderen Seite aufgrund des Vakuums nichts entgegenwirkt, muss eine 1 m² große Scheibe eine Kraft von 101325 Pa ⋅ 1 m² = 101325 N aufnehmen (und eine entsprechende Gegenkraft des Randes/Rahmens auf die Scheibe, damit die Scheibe sich nicht bewegt).
Ob das die Scheibe aushält, kommt auf das konkret verwendete Material und die Konstruktion der Scheibe an. (Eine dickere Scheibe sollte beispielsweise in der Regel einem größeren Druck standhalten können, als eine dünnere Scheibe aus dem gleichen Material.)
Ja, das hast du recht. In der Tat ist es schwierig entsprechendes Vakuum-Isolierglas herzustellen, weshalb tatsächlich bei Vakuum-Isolierglas rasterartig kleine Abstandshalter zur Stabilisierung zwischen den Scheiben eingebaut werden.
Deutlich häufiger als Vakuum-Isolierglas sind wohl Mehrscheiben-Isoliergläser mit Edelgasen (meist Argon oder Krypton) anzutreffen.
Lesetipp dazu: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Mehrscheiben-Isolierglas
Am Ende des Artikels geht es um Vakuum Isolierglas, das es erst seit 1989 gibt. Und, wie du geschrieben hast, es enthält Abstandshalter, die sichtbar sind.
Mal so als Überschlag/Abschätzung der Größenordnung:
Vierseitig gelagerte Platte quadratische Platte mit 1 m Kantenlänge und 102 kN/m²:
Maximales Biegemoment ca. 102 x 1² / 20 = 5,1 kNm = 510 kNcm
Biegefestigkeit von Floatglas ca. 3,0 kN/cm² = Biegemoment / Widerstandsmoment
erforderliches Widerstandsmoment = b * h² / 6 = Biegemoment / Biegefestigkeit = 510 kN cm / (3 kN / cm²) = 170 cm³
b = 100 cm
h² = 170cm³ * 6 / 100 cm = 10,2 cm² => h = 3,2 cm
Da VSG aus ESG durchaus die doppelte Biegefestigkeit erreicht sind es dann noch 2,3 cm.
Mit Einspannung in den Rahmen fällt die erforderliche Dicke unter 2 cm.
Zum Vergleich:
Fensterglas 4 – 8 mm / Scheibe
Begehbares Glas 35 mm
Panzerglas 60 mm oder noch mehr
Also eine Fensterscheibe zuhause trägt das nicht (zumal die auch deutlich größer als 1 m² werden können. Aber es bräuchte weniger Dicke als man vielleicht vermuten würden.
Vielen Dank für deine Rechnung, das ist nicht mein Gebiet. Zwei Zentimeter Glas ist ein erstaunlicher Wert, aus dem Bauch hätte ich mehr geschätzt.
Und ja, heutige Fenster, besonders die modernen bodenlangen, oder auch Terrassentüren haben deutlich mehr als 1 m^2.
Wie ist der Luftdruck denn definiert? Siehe https://de.m.wikipedia.org/wiki/Luftdruck
Dann kennst du schnell die Größe der Kraft. Und ja, Isolierverglasung kann niemals mit einem Vakuum zwischen den Scheiben funktionieren.
Druck = Kraft / Fläche. | beide Seiten mit Fläche multiplizieren
Druck * Fläche = Kraft.
Das allgemeine Gasgesetz brauchst du allenfalls dazu, den Druck zu errechnen, aber dazu machst du keine Angaben. Daher vermute ich den Luftdruck.
Das kann man nicht wissen, wenn man das Material nicht weiß.
Auf dem Quadratmeter lasten demnach runde 10 Tonnen, die Fensterscheibe möchte ich sehen, die das aushält, von Panzerglas mal abgesehen.