Wenn ich mit einem Strohhalm trinke, drückt der atmosphärische Druck das Wasser oder ich sauge es?

Das sind nur verschiedene Möglichkeiten, dasselbe zu benennen. Letztendlich ist es der atmosphärische Druck, der die Flüssigkeit den Strohhalm nach oben drückt, aber normalerweise würde die Atmosphäre das nicht tun: Der Grund, warum sich das Wasser bewegt, ist, dass Sie eine Unterdruckzone in Ihrem Mund geschaffen haben, die es dem atmosphärischen Druck ermöglichte, das Wasser nach oben zu drücken. Wenn Sie Saugen als Schaffung einer Unterdruckzone definieren, um Flüssigkeiten oder Gase zu bewegen, dann sind beide Optionen richtig: Das Wasser wird von Ihnen angesaugt und von der Atmosphäre nach oben gedrückt.

Es ist der atmosphärische Druck, der es drückt. Wenn Sie in einem Vakuum versuchen würden, an einem Strohhalm zu saugen, würde nichts passieren (Sie könnten nicht einmal saugen). Oder wenn Sie einen starren Behälter versiegeln würden, sodass die einzige Öffnung der Strohhalm wäre, würde auch nichts passieren. Starr, damit der atmosphärische Druck den Behälter nicht verformen kann, um mit der Flüssigkeit im Inneren zu interagieren.

Ihre Frage ist wie die Frage: "Wenn ich Wasser aus einem Pool schöpfe und mehr Wasser um ihn herum fließt, um seinen Platz zu füllen, ist es dann ich, der Wasser schöpft, das das Wasser zum Fließen bringt? Oder das Gewicht des Wassers, das im Pool verbleibt?"

In beiden Fällen hat Ihre Aktion ein Ungleichgewicht im Druck verursacht, aber der Fluss selbst wird durch den Druck verursacht. Wenn die Druckquelle nicht vorhanden ist, sei es die Schwerkraft oder der atmosphärische Druck, würden Ihre Handlungen nichts bewirken.

Ja und nein.

Um aus/mit einem Strohhalm zu trinken, müssen Sie zuerst den Strohhalm mit Ihrem Mund luftdicht verschließen.

Sie verwenden dann die Muskeln in Ihrem Zwerchfell und möglicherweise im Brustkorb, um Ihre Brusthöhle zu erweitern. Dies senkt den Druck in Ihrer Lunge, sodass Sie für diese Expansion gegen den atmosphärischen Druck arbeiten müssen. Diese Energie wird im reduzierten Lungendruck gespeichert

Dann ist der Druck auf der Oberseite der Flüssigkeit im Strohhalm niedriger als der Druck der Atmosphäre auf der freien Oberfläche der Flüssigkeit in der Flasche/dem Glas. Der atmosphärische Überdruck wirkt also auf die Flüssigkeit ein und zwingt die Flüssigkeit, im Strohhalm aufzusteigen. Wenn der Strohhalm kurz genug ist oder Ihr Zwerchfell stark genug ist, erreicht der Flüssigkeitsspiegel Ihren Mund und Ta-da!

Übrigens müssen Sie auch Ihre Nasenlöcher (innerlich!) Verschließen, sonst saugen Sie Luft durch die Nase ein, nicht Flüssigkeit durch Ihren Strohhalm

Der atmosphärische Druck ist das Ergebnis elastischer Kollisionen zwischen Molekülen, sodass die Moleküle abprallen oder sich gegenseitig „abstoßen“. Wenn Sie aus einem Strohhalm trinken, ist das wie ein umgekehrtes Tauziehen, bei dem beide Seiten drücken, anstatt zu ziehen. Bevor Sie mit dem Saugen beginnen, haben die Luft innerhalb und außerhalb des Strohhalms den gleichen Druck – beide Seiten „drücken“ gleich stark, und die Flüssigkeit im Strohhalm bewegt sich nicht. Wenn Sie am Strohhalm saugen, reduzieren Sie den Druck im Strohhalm, was bedeutet, dass er nicht so stark auf die Flüssigkeit drückt. Die Kräfte auf die Flüssigkeit sind nun unausgeglichen, da die Luft außerhalb des Strohhalms stärker drückt als Luft innerhalb des Strohhalms, wodurch die Flüssigkeit den Strohhalm hinaufdrückt.

Luftdruck entsteht durch "Stöße" zwischen Molekülen. Ein Vakuum "saugt" nicht - beachten Sie, dass es buchstäblich nichts gibt , was eine Saugkraft hervorrufen könnte. Vielmehr ist es der Flüssigkeitsdruck, der immer drückt, und wenn nicht genügend Kraft zurückgedrückt wird, kann es aufgrund der unausgeglichenen Kräfte zu einer Bewegung kommen.

Stellen Sie sich vor, anstatt durch den Strohhalm zu saugen, blasen Sie stattdessen - der Umgebungsluftdruck um das Glas ändert sich nicht plötzlich von einer Druckkraft in eine Zugkraft. Stattdessen wird die Schubkraft um das Glas einfach durch eine noch größere Schubkraft im Strohhalm überwunden. Aber ob der Druck in einem Bereich höher oder niedriger als in einem anderen ist, ändert nichts an der Art der Druckkraft. Obwohl Druck im Grunde eine Druckkraft ist, ist ein Sog aus dem Mund erforderlich, um den Druck aus dem Gleichgewicht zu bringen, weshalb Wasser nicht spontan an einem Strohhalm hochgedrückt wird.

Es ist atmosphärischer Druck. Dies hat eine experimentelle Konsequenz: Sog kann Wasser nicht mehr als etwa 10 Meter anheben. Dies liegt daran, dass der Druck am Boden einer 10-Meter-Wassersäule mit Vakuum darüber dem atmosphärischen Druck entspricht, sodass die Atmosphäre ihn nicht höher drücken kann.

Dies war zu Galileis Zeiten bekannt, und er versuchte es zu erklären , verstand es aber nicht richtig.

Diese Frage ist wie die Frage: "Wenn ein Ball fällt, bewegt er sich von der höheren Ebene weg oder auf die niedrigere Ebene zu? Bewegt er sich, weil die höhere Ebene höher ist oder weil die niedrigere Ebene niedriger ist?" Es ist das gleiche, beide Ebenen (Luft- und Lungendruck) sind gleich wichtig. Es ist ihr Unterschied , der den Fluss (von Ball oder Luft) antreibt, nicht nur der Wert an dem einen oder anderen Punkt. Wenn sie unterschiedliche Werte haben, gibt es einen Gradienten, und die Dinge neigen dazu, Steigungen hinunterzufließen. Dies ist ein universelles Phänomen mit vielen Beispielen: Druckgradient (Flüssigkeitsbewegung), Gravitationsenergiegradient (Objekte fallen), elektrischer Potentialgradient ("Spannung", Stromfluss), Konzentrationsgradient (Diffusion/Partikel bewegen sich in einer Flüssigkeit) und so weiter . Das Saugen und Drücken sind also zwei Seiten derselben Medaille, und die Münze (Flüssigkeitsströmung) würde ohne zwei Seiten nicht existieren. Es ist am besten, es sich nicht von der einen oder anderen Seite (Lungensaugen oder Atmosphärendruck) vorzustellen, sondern als eine Nettobewegung, die durch einen Druckgradienten/-unterschied erzeugt wird, der eine Eigenschaft dafür ist, wie sich die Punktepaare zueinander verhalten .

Was traditionell als Saugen angesehen wird, existiert einfach nicht, zumindest in der Art und Weise, wie die meisten Menschen naiv darüber denken. Wenn Sie den Strohhalm entfernen, ist die Situation identisch mit dem, was passiert, wenn Sie tief einatmen und Ihre Brust/Lungen aufblähen. Die meisten Leute würden wahrscheinlich sagen, dass dies daran liegt, dass Sie Luft einsaugen und diese Luft dazu führt, dass sich Ihre Lunge und Ihr Brustkorb ausdehnen. Das ist falsch. Die kausale Beziehung ist umgekehrt, weshalb ich denke, dass es nicht wirklich richtig ist, das Drücken und Ziehen als dasselbe zu betrachten, wie einige Antworten vermuten lassen - es gibt eine klare Zeitordnung für das, was passiert. Zuerst bewirken die Muskeln in Ihrem Körper, dass sich Ihre Lunge ausdehnt, wodurch ein Druckunterschied entsteht, und diese Ausdehnung* bewirkt, dass die Luft um Ihre Nase / Ihren Mund in Ihren Körper strömt, sodass Ihre Lunge den gleichen Druck wie die Außenluft hat. Nichts wird gezogen, Luftmoleküle werden von anderen Luftmolekülen in dich hineingedrückt. Der einzige Unterschied zum Trinken durch den Strohhalm besteht darin, dass es sich bei der diskutierten Flüssigkeit um Wasser und nicht um Luft handelt, ansonsten ändert sich konzeptionell nichts.

*eine einfache Anwendung des idealen Gasgesetzes, PV=nRT . Die RHS der Gleichung ändert sich nicht, sodass eine Volumenzunahme einer Druckabnahme in der Lunge entspricht.

Es ist die Atmosphäre, die die Oberfläche der Flüssigkeit drückt. Die auf die Flüssigkeit übertragene Energie ist gleich dem verdrängten Volumen mal dem Umgebungsluftdruck.

Diese Energie bekommt man allerdings nicht umsonst. Jedes Joule, das Sie aus der Atmosphäre erhalten, müssen Sie der Atmosphäre zurückgeben, indem Sie einen Teil Ihres Körpers dagegen drücken. Wenn Sie saugen, während Ihr Mund von Ihrer Lunge abgedichtet ist, drückt die Unterseite Ihres Kinns gegen die Atmosphäre. Wenn Sie mit Ihrer Lunge saugen, sind es Ihre Brust und Ihr Bauch. Wie auch immer, es ist die Atmosphäre in Kontakt mit deinem Körper, die du bekämpfst, wenn du lutschst. Da geht die Energie hin.

Das Saugen am Strohhalm reduziert den Druck an der Spitze des Strohhalms, sodass der atmosphärische Druck (plus der Druck durch das Gewicht der Flüssigkeit am Boden des Strohhalms) eine ausreichende Kraft erzeugt, um die Flüssigkeit im Strohhalm nach oben in Ihren Mund zu drücken.

Hydrostatisches Modell 

Der Einfachheit halber betrachten wir einen vertikalen Strohhalm mit einer Spitze in der Tiefe$h$unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche und den Flüssigkeitsspiegel im Strohhalm erreichende Höhe$H$(gemessen von der untergetauchten Spitze). Diese Flüssigkeitssäule hat Gewicht$\rho g H A$, Wo$A$die Querschnittsfläche des Strohhalms ist; die von unten auf ihn einwirkende Kraft ist proportional zum Druck in der Tiefe$h$:$(\rho g h + P_{atm})A$, während die Kraft, die von oben darauf drückt, dem Druck entspricht, der durch das Einatmen der Luft im Strohhalm entsteht:$AP_{insp}$. Die Kräftebilanz wird somit geschrieben als

Die maximale Höhe, bis zu der man eine Flüssigkeit durch Einatmen (dh Einatmen/Saugen von Luft) ziehen kann, ist

Schätzungen 

Wir können jetzt die Schätzungen vornehmen: 

• Der atmosphärische Druck beträgt 1 atm, was 1033 cm Wassersäule entspricht

• Der maximale Inspirationsdruck (MIP) – das ist der maximale Druck, der beim Einatmen entsteht – beträgt bei Männern etwa 130 cm Wassersäule und bei Frauen etwa 100 cm Wassersäule. 

In unserem Fall entspricht der MIP tatsächlich der Differenz$P_{atm}-P_{insp}$- das heißt, man kann über einen etwa einen Meter langen Strohhalm Wasser oder eine ähnliche Flüssigkeit saugen.

Weitere Bemerkungen 

• Man kann wiederholt saugen und so effektiv ein Vakuum im Mund erzeugen. In diesem Fall ist die maximale Länge des Strohhalms durch den atmosphärischen Druck begrenzt, dh etwa 10 Meter. Einige Internetseiten berichten, dass dies im Rahmen des Physikunterrichts tatsächlich experimentell überprüft wird.

• In der Praxis ist die Situation selten statisch, daher könnte man versuchen, eine Korrektur unter Verwendung des Bernoulli-Gesetzes vorzunehmen, was bedeutet, dass, sobald sich die Flüssigkeit den Strohhalm hinauf bewegt, der Druck, der erforderlich ist, um sie in Bewegung zu halten, geringer ist als im statischen Fall.

• Kapillar-/Oberflächenspannungseffekte – man kann diese beobachten, indem man in einen Strohhalm schaut. Die Flüssigkeit steigt etwa einen Millimeter hoch, sodass die damit verbundene Kraft einfach zu gering ist, als dass ein typischer Strohhalmdurchmesser von Bedeutung sein könnte.