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Physik » Sonstiges zur Physik » Welches Gefäß (Zylinder, Pyramide) platzt nicht durch gefrierendes Wasser ?
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Universität/Hochschule Welches Gefäß (Zylinder, Pyramide) platzt nicht durch gefrierendes Wasser ?
carlox
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  Themenstart: 2022-12-06

Hallo allerseits, Es wird Winter, im Garten hat es noch Wasser ... Das hat zu folgenden Überlegungen und Fragen geführt: 1) Fülle Wasser in einen oben offenen Zylinder, der aus irgendeinem "einigermassen" stabilen Material besteht (z.B. Metall, Plastik). Lasse das Wasser gefrieren. Frage_1: Platzt der Zylinder durch die Ausdehnung des Wassers? 2) Fülle Wasser in Pyramide, deren Spitze auf dem Erdboden steht. Die Pyramide besteht aus einem "einigermassen" stabilen Material (z.B. Metall, Plastik). Lasse das Wasser gefrieren. Frage: Wie groß muss der Öffnungswinkel der Pyramide sein, damit diese nicht durch die Ausdehnung des Wassers platzt ? mfg cx


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Buri
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  Beitrag No.1, eingetragen 2022-12-06

\quoteon(2022-12-06 17:04 - carlox im Themenstart) Wie groß muss der Öffnungswinkel der Pyramide sein ... \quoteoff Hi carlox, die Pyramide platzt überhaupt nicht, weil sich der Eiskörper nach oben verschieben kann. Gruß Buri


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carlox
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  Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2022-12-06

\quoteon(2022-12-06 17:23 - Buri in Beitrag No. 1) Hi carlox, die Pyramide platzt überhaupt nicht, weil sich der Eiskörper nach oben verschieben kann. Gruß Buri \quoteoff Hallo Buri, Danke für deine Antwort. Ich habe aber schon gelesen, dass das Wasser oben zuerst gefriert. Also kann es auch zuerst an der Oberfläche (Eisdeckel) und am Rand des Eisdeckels am Gefäß festgefrieren. Das Wasser, das dann später gefriert dehnt sich aus und übt einen Druck auf die Gefäßwand und auf die gefrorene Eisoberfläche (Eisdeckel) aus. Was platzt zuerst: Die Gefäßwand oder die gefrorene Eisoberfläche (Eisdeckel)? mfg cx


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haribo
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  Beitrag No.3, eingetragen 2022-12-06

Hängt doch eher von der oberflächenbeschaffenheit des Gefäßes ab, also bei glatten materialien wird der eisdeckelrand nicht sehr fest am gefäss haften, dann verschiebt sich der eisdeckel nach oben ggfls auch über den gefässrand hinaus, also senkrechte wände reichen aus


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PhysikRabe
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  Beitrag No.4, eingetragen 2022-12-06

\quoteon(2022-12-06 17:04 - carlox im Themenstart) Fülle Wasser in einen oben offenen Zylinder, der aus irgendeinem "einigermassen" stabilen Material besteht (z.B. Metall, Plastik). \quoteoff Was ist damit genau gemeint? Deine Frage klingt so, als würde das Gefäß auf jeden Fall platzen. Das ist aber nicht notwendigerweise der Fall. Das Verhalten des Gefäßes hängt wesentlich vom Material sowie der Materialdicke ab. Es gibt Materialien, welche den gegebenen Anforderungen standhalten können (darunter sogar bestimmte Sorten von Glas). Zusätzlich hängt es von der der Oberflächenbeschaffenheit ab, wie die Kristallisation beim Gefrieren genau abläuft. Kurzum: Mit den vorliegenden Informationen kann es keine eindeutigen Antworten auf deine Fragen geben. Grüße, PhysikRabe [Verschoben aus Forum 'Physik' in Forum 'Sonstiges zur Physik' von PhysikRabe]


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carlox
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  Beitrag No.5, vom Themenstarter, eingetragen 2022-12-07

\quoteon(2022-12-06 23:22 - PhysikRabe in Beitrag No. 4) Kurzum: Mit den vorliegenden Informationen kann es keine eindeutigen Antworten auf deine Fragen geben. \quoteoff Ok, du hast Recht. 1) Welches Material bzw. Materialdicke würdest du mir bei einem zylinderähnliches Gefäß (Regentonne im Garten) empfehlen ? 2) Wie sieht es beim Fall mit der Pyramide aus ? Gibt es einen kleinsten Öffnungswinkel bei dem es nicht mehr vom Material abhängt? mfg cx


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MontyPythagoras
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  Beitrag No.6, eingetragen 2022-12-07

Hallo Carlox, Physikrabe hat natürlich recht, es kann hier keine allgemeingültige Aussage geben. Wenn das Material entweder elastische genug ist, dass es sich einfach weit genug ausdehnen kann (stell Dir einen Zylinder aus Gummi vor), oder einfach stark genug ist (dickwandiger Stahlzylinder), dass es das Eis notfalls genug komprimiert, dann wird es gar keinen Öffnungswinkel erfordern. Deine Frage ist ein wenig seltsam, da es Dir offenbar darum geht, ein Regenfass im Garten aufzustellen, oder nicht? Meine Erfahrung mit Regenfässern ist, dass sie nicht platzen, auch wenn das Wasser darin gefriert. Das Maximum, was ich erlebt habe, ist allerdings ein ca. 5cm dicker "Eisdeckel". Die erzwungene Konvektion sorgt dafür, dass das Eis von oben nach unten gefriert. Ich glaube nicht, dass wir in Breiten leben, wo ein vollständiges Durchgefrieren der ganzen Tonne zu erwarten ist. Es ist auch davon auszugehen, dass Hersteller von Regentonnen sich dieses potentiellen Problems bewusst sind und das in einem Kühlhaus testen, bevor sie das Produkt auf den Markt bringen. Würde ich als Hersteller jedenfalls tun. Warum also nicht einfach bei dem Hersteller eines ins Auge gefassten Produktes nachfragen? Oder geht es nur um so etwas ähnliches, aber nicht genau um eine Regentonne? Ciao, Thomas


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Bernhard
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  Beitrag No.7, eingetragen 2022-12-07

Hallo carlox! Bei draußen stehenden Kunststoffregentonnen ist das viel größere Problem, daß sie durch den Wechsel von Kälte und Wärme, Feuchte und Trockenheit und insbesondere die UV-Strahlung die Weichmacher verlieren und spröde werden und dann aufreißen - ganz ohne Frost. Du solltest Dich deshalb vorher genau nach der Belastbarkeit des Kunststoffs auf solche Witterungseinflüsse erkundigen. Das gilt auch für eventuelle Abdichtungen. Aber genauso, wenn Du eine Tonne aus Stahl, eine verzinkte o.a. nehmen willst. Viele Grüße, Bernhard


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carlox
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  Beitrag No.8, vom Themenstarter, eingetragen 2022-12-07

\quoteon(2022-12-07 13:03 - MontyPythagoras in


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haribo
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  Beitrag No.9, eingetragen 2022-12-08

probier es doch im eisfach/gefriertruhe aus, die grösse spielt doch eher ne untergeordnete rolle, meines wissens nach platzt ne offene colaflasche nicht, sondern schiebt eine gewisse eismenge oben heraus


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MontyPythagoras
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  Beitrag No.10, eingetragen 2022-12-08

Holla carlox, wie ich schon sagte, gefriert das Wasser in aller Regel von oben nach unten. Wenn also oben ein Eisdeckel entstanden ist und sich das Wasser weiter unten nun ausdehnt, weil es weiter abkühlt, dann ist die Adhäsion zwischen Eisdeckel und Außenwand sicherlich nicht ausreichend, dass die Tonne platzt, unabhängig vom Winkel. Das entspricht ja dem Phänomen, was haribo beschreibt, nur das eine Flasche oben enger wird. Bei einer nach oben weiter werdenden Pyramide oder einem Kegel sehe ich kein Problem. Ciao, Thomas


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haribo
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  Beitrag No.11, eingetragen 2022-12-08

Ich glaube dass eis wenn es unter druck gerät dabei auch irgendwie plastisch sich verformt, also dass auch eine von oben nach unten durchfrierende flasche ,solang sie offen ist, eher nicht platzt, aber klar es muss dafür einen grenzwinkel geben für jedes material


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DrStupid
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  Beitrag No.12, eingetragen 2022-12-08

\quoteon(2022-12-07 13:03 - MontyPythagoras in Beitrag No. 6) Meine Erfahrung mit Regenfässern ist, dass sie nicht platzen, auch wenn das Wasser darin gefriert. \quoteoff Da habe ich andere Erfahrungen. Seit dem lasse ich vor dem ersten Frost das Wasser raus und stelle zum Überwintern kopfüber hin.


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MontyPythagoras
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  Beitrag No.13, eingetragen 2022-12-08

Hallo DrStupid, \quoteon(2022-12-08 10:38 - DrStupid in Beitrag No. 12) \quoteon(2022-12-07 13:03 - MontyPythagoras in Beitrag No. 6) Meine Erfahrung mit Regenfässern ist, dass sie nicht platzen, auch wenn das Wasser darin gefriert. \quoteoff Da habe ich andere Erfahrungen. Seit dem lasse ich vor dem ersten Frost das Wasser raus und stelle zum Überwintern kopfüber hin. \quoteoff Kommt vielleicht auf das Material oder die Größe oder doch die Form an. Meine Regentonne ist ganz leicht konisch - vermutlich, um sie bei der Herstellung ineinander stapeln zu können. Kann sein, dass das geholfen hat... Ciao, Thomas


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DrStupid
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  Beitrag No.14, eingetragen 2022-12-08

\quoteon(2022-12-08 11:03 - MontyPythagoras in Beitrag No. 13) Kommt vielleicht auf das Material oder die Größe oder doch die Form an. Meine Regentonne ist ganz leicht konisch \quoteoff Meine ist auch konisch. Daran hat es nicht gelegen. Ich habe noch eine andere Tonne, die eher wie ein Fass aussieht und jeden Frost problemlos übersteht - selbst wenn sie bis zum Rand gefüllt ist und das Wasser komplett durchfriert. Das Problem bei der Billigtonne ist sehr wahrscheinlich das Material. Vermutlich ist die Glasübergangstemperatur zu hoch.


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buh
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  Beitrag No.15, eingetragen 2022-12-08

Meine grüne Plaste-Gießkanne (Standardmodell 5 Liter) ist hin gewesen, die Zinkkanne hat überlebt. Das könnte auf Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des Materials hindeuten. Gruß von buh2k+22 [Die Antwort wurde nach Beitrag No.13 begonnen.]


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carlox
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  Beitrag No.16, vom Themenstarter, eingetragen 2022-12-08

\quoteon(2022-12-08 06:02 - haribo in Beitrag No. 9) probier es doch im eisfach/gefriertruhe aus, die grösse spielt doch eher ne untergeordnete rolle, meines wissens nach platzt ne offene colaflasche nicht, sondern schiebt eine gewisse eismenge oben heraus \quoteoff Habe ein oben sich verjüngendes Schraubglas in die Gefriertruhe gestellt. Es ist nicht geplatzt. Die ungeöffnete Bierflasche passte nicht aufrecht in den Gefriertruhe. Ist aber jedesmal geplatzt. mfg cx


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MartinN
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  Beitrag No.17, eingetragen 2022-12-08

Vielleicht musst du die Bierflasche vorher öffnen... 🙃


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PhysikRabe
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  Beitrag No.18, eingetragen 2022-12-08

\quoteon(2022-12-08 14:52 - carlox in Beitrag No. 16) Die ungeöffnete Bierflasche passte nicht aufrecht in den Gefriertruhe. Ist aber jedesmal geplatzt. \quoteoff Wenn es sich um eine original ungeöffnete Bierflasche gehandelt hat, d.h. Bier darin enthalten war, ist das nicht repräsentativ. Unter Druck abgefüllte, kohlensäurehaltige Flüssigkeiten verhalten sich anders als Wasser. Wie man es dreht und wendet, die letzten Beiträge illustrieren, dass die Fragestellung von vielen Faktoren abhängt. Sollte eigentlich klar sein, aber trotzdem: Bei Regenfässern sollte man darauf achten, was der Hersteller zum Thema Frostsicherheit sagt. Nicht alle Produkte sind frostfest und somit ganzjährig draußen aufzubewahren. Grüße, PhysikRabe


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Bernhard
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  Beitrag No.19, eingetragen 2022-12-08

\quoteon(2022-12-08 14:52 - carlox in Beitrag No. 16) Habe ein oben sich verjüngendes Schraubglas in die Gefriertruhe gestellt. Es ist nicht geplatzt. Die ungeöffnete Bierflasche passte nicht aufrecht in den Gefriertruhe. Ist aber jedesmal geplatzt. \quoteoff Du kannst es ja mal mit einer Bierdose versuchen uns sehen ob die sich verformt. Die könntest Du wohl auch senkrecht hinstellen, falls sich sie Lasche oben öffnen sollte. Viele Grüße, Bernhard


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haribo
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  Beitrag No.20, eingetragen 2022-12-08

\quoteon(2022-12-08 16:39 - MartinN in Beitrag No. 17) Vielleicht musst du die Bierflasche vorher öffnen... 🙃 \quoteoff Durchs öffnen wird die Höhe nur ca 2mm geringer, das wird auch nicht stehend passen


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