Sanduhr
Wirkweise
Eine Sanduhr besteht aus zwei durch ein dünnes Röhrchen verbundene Glaskolben, wobei der eine Kolben fast vollständig mit Sand gefüllt ist. Dreht man den mit Sand gefüllten Kolben nach oben, rieselt der Sand als feiner Strahl durch das dünne Röhrchen. Damit die Uhr einwandfrei funktioniert, müssen alle Sandkörner etwa gleich gross und auf den Durchmesser des Verbindungsröhrchens abgestimmt sein.
Füllt man den einen Glaskolben mit Wasser statt mit Sand, fliesst das Wasser mit einer füllstandsabhängigen Stromstärke durch das Verbindungsröhrchen. Bei einer Wasseruhr muss also entweder die Form der Gefässe oder die Skalierung angepasst werden. Für den gleichmässigen Durchsatz des Sandes sind zwei Phänomene verantwortlich. Erstens nimmt der Druck in der Sandsäule nicht gemäss der hydrostatischen Formel zu. Zweitens nimmt die Stärke des Sandstromes nicht proportional mit der angelegten Druckdifferenz zu.
Der Druckaufbau in einem mit Granulat (Sand, Getreide, Kunststoff) gefüllten, zylindrischen Gefässes ist eine interessante und sehr komplexe Angelegenheit. Eine ruhende Flüssigkeit leitet den gravitativ zufliessenden z-Impuls direkt nach unten weg. Aber im Gegensatz zu einer senkrecht stehenden Säule, in welcher nur eine linear nach unten ansteigende Stromstärke des z-Impulses nachweisbar ist (einachsiger Spannungszustand), bilden sich in der Flüssigkeit auf jeder Höhe drei gleich starke Impulsströme aus (dreiachsiger, isotroper Spannungszustand). Weil die beiden horizontalen Komponenten des Impulses in der Flüssigkeit je in ihre eigene Richtung transportiert werden, muss die Gefässwand die beiden Impulsströme zurückführen, damit die Stromkreise geschlossen bleiben. Diese in jedem unter Druck stehenden Gefäss auftretenden Kreisströme werden mit den Kesselformeln beschrieben. Im Granulat wird nun auch der z-Impuls teilweise an die Gefässwand abgeleitet. Deshalb steigt dier Druck im Granulat ab einer gewissen Höhe kaum mehr an. Weil der seitwärts fliessender z-Impuls sekundäre x- und y-Impulsströme induziert (Gesetz der zugeordneten Schubspannung), kann ein Silo unter der Belastung bersten.