Warum ist der Reifendruck konstant
Moin, meine Frage ist: Warum bleibt der Reifendruck konstant wenn ich ein Rad einzeln aufpuste und es dann erst montiere? Normal müsste doch durch die Last des Autos der Druck steigen?! Oder mache ich da einen Denkfehler?
7 Antworten
Hallo!
Ja, da ist ein Gedankenfehler drin.
- p = F / A
Druck p wird definiert durch eine Kraft F normal zur Angriffsfläche A.
- Er ist also nur abhängig von der Kraft und der Fläche.
Wenn du eine Reifen aufpumpst, dann bekommst du enendlich viele Druckvektoren, die alle normal zur Reifeninnenfläche stehen.
Stellst du den aufgepumpten Reifen jetzt auf eine Fläche und übst einen Druck auf den Reifen aus (zB anteiliges Gewicht eines Fahrzeugs), so bildet sich an der Berührung zw. Reifen und Boden eine gemeinsame Fläche auf Grund der elastischen Eigenschaften des Reifens.
Das bedeutet, du hast jetzt eine Anzahl von Druckvektoren, die normal zur dieser Aufstandfläche stehen und parallel zueinander sind.
- Wenn die Summe dieser parallelen Druckvektoren dem anteiligen Gewicht des Fahrzeugs entspricht, herrscht Gleichstand.
- Das heisst, der Druck hat sich nicht erhöht, es hat sich nur die Richtung der Druckvektoren verändert, eben gebündelt über der Aufstandsfläche.
LG Bernd
Hallo!
Bei deinem Anwendungsfall in der Frage ändert sich das Volumen eben nicht. Der Reifen ist elastisch und erlaubt eine Formänderung ohne Volumenänderung. Voraussetzung ist, das sich alles im konstruktiv vorgesehenen Rahmen bewegt. Heisst, der Reifendruck ist korrekt und die Reifenbelastung ist korrekt (Stichwort Tragfähigkeitsindex am Reifen).
Zu einem Druckanstieg kommt es erst, wenn der Reifen keine weitere volumenkonstante Formveränderung mehr aufbringen kann und die Kraft auf den Reifen zB bei starker Überladung des Fahrzeugs weiter ansteigt. Dies führt dann letztenendes zur Volumenverkleinerung mit Druck- und Temperaturanstieg und zum Platzen des Reifens. Wobei auch noch andere Faktoren, wie erhöhte Walkarbeit mit allen daraus resultierenden Folgen mitspielen.
Ein "anschauliches" Beispiel ist ein luftgefüllter Wasserball, auf den ein Brett gelegt wird und man/frau dann draufsteigt. Wenn jetzt das Gewicht am Brett immer grösser wird, wird irgendwann der innere Druck auf Grund der Volumenverkleinerung (Quetschung des Balls) ansteigen und den Ball zum Zerplatzen bringen.
LG Bernd
> Der Reifen [...] erlaubt eine Formänderung ohne Volumenänderung.
Das lässt sich mathematisch widerlegen:
Wenn Du einen Kreis nimmst und, ohne den Umfang zu ändern, abplattest, dann verringert sich der Flächeninhalt.
Oder auch physikalisch:
Zum Abplatten benötigst Du Kraft und Weg, also Arbeit. Wohin geht die, wenn p und V gleich bleiben?
Hallo! Hier vergleichst du Birnen mit Äpfel! Du versuchst an Hand einer 2-dimensionalen Kreis-Fläche das Volumen eines 3-dimensionalen Freiform-Körpers (belasteter Reifen) zu erklären. Das ist nicht korrekt.
Am Beispiel der Kreisfläche hast du ja Recht, aber einen Keis haben wir beim Reifen im unbelasteten Zustand im Längsschnitt.
Ja, durch die Belastung des Reifens wird er an der Stelle der Bodenberührung leicht abgeplattet. Insofern hast du Recht, dass damit die Fläche bei 2-dimensionaler Betrachtung verringert wird.
Aber die Differenz dieser 2-dimensionalen Flächenverringerung wird jetzt an "anderer" Stelle des Reifens durch Querschnittsänderung des Reifenquerschnitts wieder ausgeglichen. Die Komplexität dieses Vorgangs hängt damit zusammen, dass diese Änderungen nicht wahlfrei ablaufen, sondern abhängig voneinander sind und so lange ablaufen (bildlich gesprochen), bis wieder ein ausgeglichener Zustand vorliegt.Querschnittsänderungen (Flächenänderungen) gibt es dabei in unendlicher Anzahl, Volumenänderung keine.
Aber, wie schon gesagt, dies gilt nur solange ich mich innerhalb der konstruktiven Rahmenbedingungen aufhalte. Verlasse ich diese Rahmenbedingungen, gilt das Gesagt nicht mehr und der Reifen wird zerstört sein.
Die Kraft ist das anteilige Gewicht des Fahrzeugs und entspricht der Normalkraft (Druck) mal der abgeplatteten Reifen-Fläche.
Der Weg (ich nehme an, du meinst das Einsinken des Reifens) mal der Gewichts-Belastung) ergibt Wärme.
LG Bernd
Das Erscheint bis hierher logisch. Nur das mit der Energie verstehe ich auch noch nicht. Sie wird ja quasi im Reifen gespeichter, wenn man ihn entlastet nimmt er seine alte Form ja wieder an. Wenn dies in Form von Wärme passieren würde wäre das ja nicht möglich, da die Temperatur ja annähernd konstat (Umgebunstemperatur) ist?!
> Aber die Differenz dieser 2-dimensionalen Flächenverringerung wird jetzt an "anderer" Stelle des Reifens durch Querschnittsänderung des Reifenquerschnitts wieder ausgeglichen.
Wenn "an anderer Stelle" sich der Querschnitt ohne Druckerhöhung vergrößern lässt - weshalb vergrößert er sich dann nicht schon, bevor der Reifen abgeplattet wird?
> ergibt Wärme.
Und was wird aus der Wärme, wenn der Reifen wieder entlastet wird? 100%-ige Umwandlung in mechanische Energie?
Davon abgesehen: Folge der Erwärmung wäre - bei konstantem Volumen - ebenfalls eine Druckerhöhung.
Hallo Leute, seid mir nicht böse, aber ihr mischt jetzt schon sehr Kraut mit Rüben durcheinander ...
Der Reifen nimmt bei Entlastung wieder seine ursprüngliche Form an, weil Druck nach allen Richtungen wirkt.
Der Reifen nimmt auch deshalb seine ursprüngliche Form wieder an, weil wir uns im elastischen (und nicht plastischen) Bereich des Reifens befinden.
Die Wärme kann nicht zurück gewandelt werden, weil sie an die Umgebung abgegeben wird.
LG Bernd
Es ist so wie TomRichter sagt. Wenn man annimmt, dass das
Reifenmaterial nicht dehnbar, aber biegsam ist, dann nimmt es beim
Aufblasen die Form für maximales Volumen an. Durch Verformung
beim Aufsetzen des Reifens kann das Volumen also nur kleiner werden.
Angenommen das Volumen ändert sich dabei um 1%
(in Wirklichkeit sicher weniger, schätz mal selber),
dann nimmt der Druck um ca. 1% zu.
> Warum bleibt der Reifendruck konstant
Weil Deine Messung zu ungenau ist, um die geringe Erhöhung festzustellen.
Die Erhöhung ist gering, weil der Reifen sich nur wenig verformt, das der Luft zur Verfügung stehende Volumen also nur minimal kleiner wird.
Moin, meine Frage ist: Warum bleibt der Reifendruck konstant wenn ich ein Rad einzeln aufpuste und es dann erst montiere?
Meßfehler, wie TomRichter korrekt bemerkt, Reifenausdehnung andererseits.
Normal müsste doch durch die Last des Autos der Druck steigen?! Oder mache ich da einen Denkfehler?
Nein, kein Denkfehler deinerseits. Der Reifen besteht (weitgehend) aus Gummi. Denk an 'nen anderen Gummi und frag dich, ob der platzt. Und dann frag dich, was der Gummi im Reifen macht, wenn man den belastet. Und prüf mal den Druck im Reifen vor und nach einer zweistündigen Autobahnfahrt mit mindestens 130 km/h, möglichst kurvige Strecke (Berliner Ring ist geeignet).
Weil der Reifen sich verformen kann, wird die Veränderung durch die Last weitestgehend ausgeglichen.
Aber spricht das nicht gegen die anderes Antworten, dass sich Volumen etwas verändert aber dies nicht messbar ist?
Wenn mand avon ausgeht das Gummi eine konstante Federkonstante hat müsste doch der Druck steigen wenn sich der Reifen an anderen Stellen dafür ausdehnt?!