Diesen aiMOOC als Battle spielen: Physik, Klasse 9-10, G-Niveau

Druck - Physik

Einleitung

Druck begegnet Dir beim Fahrradreifen, beim Tauchen, beim Trinken mit einem Strohhalm und beim hydraulischen Wagenheber. In der Physik beschreibt der Druck, wie stark eine senkrecht wirkende Kraft auf eine Fläche verteilt ist. Je größer die Kraft und je kleiner die Fläche, desto größer ist der Druck.^[1]^[2]

Lernziele

Du erklärst den Zusammenhang zwischen Kraft, Fläche und Druck.
Du berechnest Druck mit $p = \frac{F}{A}$ und verwendest die Einheit Pascal.
Du beschreibst den hydrostatischen Druck in Flüssigkeiten.
Du unterscheidest Luftdruck, Überdruck, Unterdruck und Absolutdruck.
Du erklärst die Kraftverstärkung in einer hydraulischen Anlage.

Grundidee des Drucks

Druck entsteht, wenn eine Kraft senkrecht auf eine Fläche wirkt. Für einen gleichmäßig verteilten Druck gilt:

$p = \frac{F}{A}$

Dabei steht $p$ für den Druck, $F$ für die senkrecht wirkende Kraft und $A$ für die Fläche. Druck ist eine skalare Größe. Er besitzt selbst keine Richtung; die zugehörige Druckkraft wirkt senkrecht auf eine Fläche.^[1]

Große und kleine Flächen

Bei gleicher Kraft führt eine kleinere Fläche zu einem größeren Druck. Deshalb schneiden scharfe Messer besser als stumpfe, Reißzwecken dringen mit der Spitze leicht in Material ein und breite Ski sinken weniger tief in Schnee ein.

Kleine Fläche: großer Druck bei gleicher Kraft
Große Fläche: kleiner Druck bei gleicher Kraft
Größere Kraft: größerer Druck bei gleicher Fläche

Einheit und Umrechnen

Die SI-Einheit des Drucks ist Pascal mit dem Einheitenzeichen Pa.^[1]

Größe	Zusammenhang
Pascal	$1 P a = 1 \frac{N}{m^{2}}$
Hektopascal	$1 h P a = 100 P a$
Kilopascal	$1 k P a = 1000 P a$
Bar	$1 b a r = 100000 P a$

Beispiel: Eine Kiste drückt mit $F = 600 N$ auf eine Fläche von $A = 0,03 m^{2}$ .

$p = \frac{600 N}{0,03 m^{2}} = 20000 P a = 20 k P a$

Druck in Flüssigkeiten

In einer ruhenden Flüssigkeit wirkt der Druck an einem Punkt in alle Richtungen gleich groß. Druckkräfte stehen dabei senkrecht auf den Begrenzungsflächen. Dieses Gebiet heißt Hydrostatik.

Hydrostatischer Druck

Mit zunehmender Tiefe wächst der Druck, weil eine größere Flüssigkeitssäule über dem betrachteten Punkt liegt. Für eine Flüssigkeit mit annähernd konstanter Dichte gilt:

$p_{h} = ρ \cdot g \cdot h$

$ρ$ ist die Dichte der Flüssigkeit, $g$ die Fallbeschleunigung und $h$ die Tiefe. Der hydrostatische Druck hängt von Dichte und Tiefe ab, nicht von der Form des Gefäßes.^[3]

Beispiel Wasser: In fünf Metern Tiefe beträgt der zusätzliche Wasserdruck ungefähr:

$p_{h} = 1000 \frac{k g}{m^{3}} \cdot 9,81 \frac{m}{s^{2}} \cdot 5 m \approx 49000 P a = 49 k P a$

Der absolute Druck im Wasser ist die Summe aus dem Druck an der Oberfläche und dem hydrostatischen Druck:

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle p_\mathrm{abs}=p_\mathrm{Oberfläche}+p_\mathrm{h}}

Pascalsches Prinzip und Hydraulik

Wird der Druck in einer eingeschlossenen Flüssigkeit erhöht, pflanzt sich diese Druckänderung im idealisierten Fall in alle Richtungen fort. Das nutzt die Hydraulik. Für zwei Kolben gilt:

$\frac{F_{1}}{A_{1}} = \frac{F_{2}}{A_{2}}$

Daraus folgt:

$F_{2} = F_{1} \cdot \frac{A_{2}}{A_{1}}$

Ein größerer Arbeitskolben kann eine größere Kraft ausüben. Dafür legt er einen kürzeren Weg zurück; Energie wird nicht erzeugt. Anwendungen sind Wagenheber, Hebebühnen, Bagger und hydraulische Bremsen.^[4]

Druck in Gasen und Luftdruck

Gasteilchen bewegen sich ständig und stoßen gegen Wände. Die vielen Stöße erzeugen eine Kraft auf die Wandflächen und damit Gasdruck. Gase sind im Gegensatz zu Flüssigkeiten deutlich kompressibel: Wird ein eingeschlossenes Gas zusammengedrückt, steigt bei gleichbleibender Temperatur sein Druck.

Luftdruck

Die Atmosphäre besitzt Masse. Ihre Gewichtskraft erzeugt den Luftdruck. In Meereshöhe liegt der mittlere Luftdruck ungefähr bei $1013 h P a$ ; Wetterlage und Höhe verändern ihn.^[3] Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck im Allgemeinen ab.

Überdruck, Unterdruck und Absolutdruck

Absolutdruck: Druck bezogen auf ein ideales Vakuum
Überdruck: Druck oberhalb des Umgebungsdrucks
Unterdruck: Druck unterhalb des Umgebungsdrucks
Druckdifferenz: Unterschied zwischen zwei Drücken

Ein Saugnapf wird nicht von einem „Sog“ festgehalten. Wird unter ihm Luft entfernt, ist der Außendruck größer als der Innendruck. Die Druckdifferenz erzeugt die resultierende Kraft.

Bei den Magdeburger Halbkugeln zeigt sich derselbe Zusammenhang: Nach dem Abpumpen der Luft ist der Druck innen kleiner als außen. Der äußere Luftdruck presst die Halbkugeln zusammen.

Druck messen

Ein Barometer misst den Luftdruck. Ein Manometer misst je nach Bauart den Druck oder eine Druckdifferenz. Digitale Sensoren wandeln eine druckabhängige Verformung oder elektrische Eigenschaft in ein Messsignal um.

Historische Quecksilberbarometer erklären das Messprinzip anschaulich, sind aber wegen der Giftigkeit von Quecksilber kein geeignetes Schulexperiment. Für Unterrichtsversuche eignen sich ungefährliche Flüssigkeitsmanometer oder digitale Drucksensoren.

Experimente für die Schule

Sicherheit: Verwende Spritzen nur ohne Nadel. Erhitze keine geschlossenen Gefäße und baue keine Druckbehälter. Führe Versuche mit heißem Wasser, Glas oder größeren Druckunterschieden nur unter Aufsicht durch.

Versuch 1: Verschlossene Spritze

Verschließe die Öffnung einer Kunststoffspritze mit dem Finger und drücke den Kolben langsam hinein. Das eingeschlossene Luftvolumen wird kleiner und der Widerstand wächst. Lässt Du los, bewegt sich der Kolben zurück. Das zeigt die Kompressibilität von Gasen.

Versuch 2: Flasche mit Löchern

Bohre unter Aufsicht mehrere kleine Löcher in unterschiedlicher Höhe in eine Kunststoffflasche. Fülle sie mit Wasser. Der Wasserstrahl aus dem tieferen Loch reicht weiter, weil der hydrostatische Druck dort größer ist.

Versuch 3: Kraft und Fläche vergleichen

Drücke einen Radiergummi zuerst mit seiner breiten und dann mit seiner schmalen Seite gleich stark in weiche Knete. Die schmale Seite hinterlässt meist die tiefere Spur, weil dieselbe Kraft auf eine kleinere Fläche wirkt.

Typische Fehler

Druck und Kraft sind nicht dasselbe. Druck beschreibt Kraft pro Fläche.
Flächen müssen für Rechnungen meist in Quadratmeter umgerechnet werden.
Beim Wasserdruck ist zwischen zusätzlichem hydrostatischem Druck und Absolutdruck zu unterscheiden.
Eine hydraulische Anlage vervielfacht Kraft, aber nicht Energie.
„Unterdruck“ bedeutet nicht zwingend Vakuum, sondern zunächst einen Druck unterhalb des Vergleichsdrucks.

Merksätze

Druck berechnet sich aus Kraft geteilt durch Fläche.
Eine kleine Fläche erzeugt bei gleicher Kraft einen großen Druck.
In ruhenden Flüssigkeiten nimmt der Druck mit der Tiefe zu.
Luftdruck wirkt in alle Richtungen.
Hydraulische Systeme übertragen Druck durch Flüssigkeiten und können Kräfte wandeln.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Wie lautet die Grundformel für den Druck? (p gleich Kraft geteilt durch Fläche) (!p gleich Kraft mal Fläche) (!p gleich Fläche geteilt durch Kraft) (!p gleich Masse geteilt durch Volumen)

Welche SI-Einheit besitzt der Druck? (Pascal) (!Newton) (!Joule) (!Watt)

Was geschieht bei gleicher Kraft, wenn die Fläche kleiner wird? (Der Druck wird größer) (!Der Druck wird kleiner) (!Der Druck bleibt immer null) (!Die Masse wird größer)

Wovon hängt der hydrostatische Druck in einer ruhenden Flüssigkeit ab? (Von Dichte Fallbeschleunigung und Tiefe) (!Nur von der Gefäßform) (!Nur von der Flüssigkeitsmenge) (!Nur von der Oberfläche)

Wie setzt sich der Absolutdruck unter einer Wasseroberfläche zusammen? (Aus Oberflächendruck und hydrostatischem Druck) (!Nur aus der Dichte) (!Nur aus dem Luftdruck) (!Aus Kraft und Geschwindigkeit)

Welches Prinzip nutzt eine hydraulische Hebebühne? (Die Weitergabe von Druck in einer eingeschlossenen Flüssigkeit) (!Die Erzeugung zusätzlicher Energie) (!Die Aufhebung der Gewichtskraft) (!Die Verkleinerung der Dichte)

Welches Gerät misst den Luftdruck? (Barometer) (!Thermometer) (!Amperemeter) (!Kalorimeter)

Warum werden evakuierte Magdeburger Halbkugeln zusammengepresst? (Der Außendruck ist größer als der Innendruck) (!Im Inneren entsteht zusätzliche Masse) (!Die Schwerkraft verschwindet) (!Das Metall wird magnetisch)

Wie entsteht der Druck eines Gases auf eine Gefäßwand? (Durch Stöße der Gasteilchen gegen die Wand) (!Durch ruhende Lichtstrahlen) (!Durch eine Abnahme der Teilchenzahl auf null) (!Durch die Farbe des Gefäßes)

Welche Sicherheitsregel gilt für Druckversuche? (Geschlossene Gefäße nicht erhitzen) (!Spritzen mit Nadeln verwenden) (!Glasgefäße stark zusammendrücken) (!Unbekannte Druckbehälter öffnen)

Memory

Druck	Kraft pro Fläche
Pascal	Newton pro Quadratmeter
Barometer	Luftdruckmessgerät
Manometer	Druckmessgerät
Hydrostatik	Lehre ruhender Flüssigkeiten
Hydraulik	Kraftübertragung durch Flüssigkeiten

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Bedeutung
Druck	Quotient aus Normalkraft und Fläche
Fläche	Bereich auf den eine Kraft verteilt wird
Dichte	Masse pro Volumen
Tiefe	Vergrößert den hydrostatischen Druck
Druckdifferenz	Unterschied zwischen zwei Drücken

Kreuzworträtsel

Pascal	Wie heißt die SI-Einheit des Drucks?
Manometer	Welches Gerät misst einen Druck oder eine Druckdifferenz?
Hydrostatik	Wie heißt die Lehre von ruhenden Flüssigkeiten?
Barometer	Welches Gerät misst den Luftdruck?
Vakuum	Wie heißt ein Raum mit sehr geringem Druck?
Hydraulik	Welche Technik überträgt Kräfte mithilfe von Flüssigkeiten?

LearningApps

Lückentext

Das Formelzeichen des Drucks ist

. Druck entsteht durch eine senkrecht wirkende

. Bei gleicher Kraft wird der Druck kleiner, wenn die

größer wird. Die SI-Einheit des Drucks heißt

. In einer ruhenden Flüssigkeit wächst der Druck mit der

. Der hydrostatische Druck hängt außerdem von der

ab. Der Druck der Erdatmosphäre heißt

. Ein Gerät zur Messung des Luftdrucks ist das

. Die allseitige Weitergabe einer Druckänderung beschreibt das

. Technische Kraftübertragung mit Flüssigkeiten nennt man

.

Offene Aufgaben

Leicht

Druck im Alltag: Fotografiere vier Alltagssituationen mit hohem oder niedrigem Druck und beschrifte jeweils Kraft und Fläche.
Begriffsnetz: Erstelle ein Begriffsnetz aus Druck, Kraft, Fläche, Pascal, Luftdruck und Wasserdruck.
Knetversuch: Vergleiche die Spuren eines Gegenstands auf seiner breiten und schmalen Seite und erkläre das Ergebnis.
Einheitenkarte: Gestalte eine Lernkarte zu Pascal, Hektopascal, Kilopascal und Bar.

Standard

Spritzenexperiment: Untersuche mit einer nadellosen Spritze qualitativ den Zusammenhang zwischen Luftvolumen und Druckgefühl.
Wasserdruck: Baue unter Aufsicht eine Kunststoffflasche mit Löchern auf verschiedenen Höhen und dokumentiere die Strahlweiten.
Wetterbeobachtung: Protokolliere eine Woche lang Luftdruck und Wetter und suche nach Zusammenhängen, ohne aus wenigen Daten allgemeine Regeln abzuleiten.
Hydraulikmodell: Verbinde zwei nadellose Spritzen mit einem wassergefüllten Schlauch und untersuche die Kraftübertragung.

Schwer

Messreihe: Plane eine Messung des Gasdrucks bei verschiedenen Volumina mit einem geeigneten Schulsensor und werte die Daten grafisch aus.
Erklärvideo: Produziere ein kurzes Video, das Überdruck, Unterdruck und Absolutdruck an einem sicheren Beispiel unterscheidet.
Technikprojekt: Entwirf für eine schwere Last eine möglichst bodenschonende Auflage und begründe Deine Wahl mit einer Druckrechnung.
Interview oder Exkursion: Befrage eine Fachperson aus Feuerwehr, Wetterdienst, Medizin oder Hydrauliktechnik zur Bedeutung zuverlässiger Druckmessungen.

Lernkontrolle

Schneeschuh-Analyse: Erkläre, warum ein Mensch mit Schneeschuhen weniger tief einsinkt, obwohl seine Gewichtskraft nahezu gleich bleibt.
Tauchgang: Vergleiche den Druck in zwei unterschiedlichen Wassertiefen und begründe, welche Größen sich ändern und welche gleich bleiben.
Hydraulische Hebebühne: Entwickle ein Flächenverhältnis für zwei Kolben, das eine gewünschte Kraftverstärkung ermöglicht, und erläutere den notwendigen Wegausgleich.
Messfehler: Eine Person setzt Zentimeterquadrate direkt in $p = \frac{F}{A}$ ein und gibt Pascal als Ergebnis an. Analysiere den Fehler und verbessere die Rechnung.
Druckrichtung: Beurteile die Aussage „Druck zeigt nach unten“ und formuliere eine physikalisch genauere Erklärung.
Alltagsentscheidung: Entscheide für eine empfindliche Oberfläche zwischen schmalen und breiten Auflagefüßen und begründe Deine Wahl mit dem Druckbegriff.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis ist wichtig, dass Du:

den Druckbegriff in eigenen Worten erklärst,
Druckwerte mit korrekten Einheiten berechnest,
Kraft und Druck sicher unterscheidest,
hydrostatischen Druck auf neue Situationen überträgst,
Luftdruck und Druckdifferenzen an Experimenten deutest,
die Kraftwandlung einer Hydraulik ohne vermeintliche Energievermehrung erklärst,
Versuche sicher planst, dokumentierst und auswertest.

OERs zum Thema

Quellen

Verknüpfte Lernbereiche

Druck (Physik)

aiMOOC-Projekte

Inhalte werden geladen ...

Mediathek wird aus dem Wiki geladen ...

Frag mich zum aktuellen Lerninhalt oder wähle eine kurze Hilfe.

Textmodus bereit

Sprache

[wiki-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 Wikipedia: Druck (Physik), abgerufen am 27.07.2026.

[leifi-2] LEIFIphysik: Druck, abgerufen am 27.07.2026.

[hydro-3] 3,0 ^3,1 LEIFIphysik: Druck und Auftrieb, abgerufen am 27.07.2026.

[hydraulik-4] LEIFIphysik: Hydraulische Systeme, abgerufen am 27.07.2026.

[1]

[2]

[3]

[4]