könnt ihr mir in physik helfen (uni stoff)?
hallo zusammen
ich brauche Hilfe in Physik, ich schreibe am Freitag eine Prüfung.
Wäre cool wenn ihr mir die Aufgabe erklären könntet, ich weiß gar nicht wie ich anfangen soll.
Also
Ein Springbrunnen soll eine Fontäne von 12m Höhe erzeugen. Die Düse am Boden der Brunnenschale hat einen Durchmesser von 1cm, die Pumpe befindet sich 3m unterhalb der Brunnenschale und ist über ein Rohr mit dem Innendurchmesser von 2cm mit der Düse verbunden. Berechnen Sie den Pumpdruck, der zur Erzeugung der Fontäne benötigt wird. Nehmen sie dabei an, dass die Strömung laminar und Wasser eine inkompressible, ideale Flüssigkeit sei.
Wasserdichte: 1000kg/m³
Luftdruck: 101 325 Pa
5 Antworten
Austrittsgeschwindigkeit an der Düse
Energieerhaltungssatz
Ekin=Epot
1/2*m*v^2=m*g*h ergibt v=Wurzel(2*g*h)=15,34m/s
Gesetz von "Hagen-Poiseuille" siehe Physik-Formelbuch (glit nur für laminare Strömung)
V=pi*(p1-p2)*t*R^4/(8*n*l)
V ist das Volumen,das in der Zeit t durch das Rohr strömt
t Zeit in Sekunden
p1>p2 Druckabfall zwischen der Stelle 1 und 2 in Pa
R Rohrdurchmesser in m (hydraulisch glatte Wandung)
n dynamische Viskosität des Wassers n=1,002*10^(-3) N*s/m^2
l Länge des Rohres in m (Meter)
Hinweis: Das Rohr liegt waagerecht.
"Bernoullische Gleichung"
p1+roh *g*h1+roh/2*v1^2=p2+roh*g*h2+roh/2*v2^2
v2 =15,34m/s
p2=pl=Luftdruck
roh*g*h2=1000kg/m^3*9,81m/s^2*3m=29430 Pa (Newton pro Quadratmeter)
roh*g*h1=0 Die Bezugsebene wird auf der Pumpenebene gelegt
p1=p+pl Absolutdruck an der Punpe
Volumenstrom an der Pumpe V1=A*v1=R^2*pi/4*v1
Volumenstrom an der Stelle 2 V2=A(düse)*v2
V1=V2
Den Rest schaffst du selber
Du mußt eigentlich sämtliche Formeln für diese Aufgabe in deinen Unterlagen haben.
Alleine für die Rohrströmumg habe ich hier eine ganze DIN A 4 Seite mit Formeln und Erklärungen
Außerdem mußt du ein Diagramm haben für die Rohrreibungszahl "Lambda" in Abhängigkeit von der Rynoldszahl Re
p1-p2 ist der Druckverlust infolge der Reibung im Rohr zwischen der Stelle 1 und 2
Bei "laminarer Strömung" muß Re kleiner gleich 2320 sein
p1-p2=(lambda*l/d)*roh/2*v^2
v ist die Geschwindigkeit im Rohr
l Länge der Rohres (Rohr liegt waagerecht)
d Rohrdurchmesser in m
oder die Formel
p1-p2=v*32*n/d^2 Der Druckverlust nimmt zwischen der Stelle 1 und Stelle 2 "linear" mit der Geschwindigkeit zu.
n dynamische Viskosität (Zähigkeit) griechischer Buchsstabe "Eta"
k=n/roh kinematische Viskosität griechischer Buchstanbe "Ny"
Hinweis: Es gilt ja der Energieerhaltungssatz
Ezu=Eab+Everl
Ezu=zugeführte Energie
Eab abgegebene Energie hier Stelle 2 Eab=E2kin+Druckenergie
Druckenergie ist der Luftdruck
Everl ist der Energieverlust zwischen Stelle 1 und Stelle2 (p1-p2)
ach ich gebe es auf, ich hab keine Seite voller Formeln und in der Prüfung sind auch keine Formelsammlungen erlaubt
Aufgabe 1: Mondmasse Eine Person besitzt (inklusive Ausrüstung) eine Masse von 140 kg. Die Schwerebeschleunigung g auf dem Mond beträgt 1, 62 m/s 2 , der Mondradius ist das 0,273 fache des Erdradius rE = 6370 km ist. Bestimmen Sie daraus die Masse des Mondes.
Muster-Lösung:
Masse mond = 1,62 · (0,273 ·6370 ·10^3)^2 /6,673 ·10^−11 = 7,34x10²² kg
Sieht alles sehr Logisch aus aber wenn ich das rechne bekomme ich nur 7,34 raus.
Wisst ihr wo der Fehler liegt ?
okay hab den Fehler gefunden die Aufgabe einfach nicht beachten
Gravitationsgesetz
1) F=a*m1*m2/r^2
2) F=m1*g mit m1=140kgund g=1,62m/s^2
gleichgesetzt
m1*g=a*mm*m1/rm^2
mm=g*rm^2/a=1,62*(6,37*10^6*0,273)^2/6,67*10^-11=7,34*10^22 kg
Pro Einheitswassermasse ist
- Unten im Druckbehälter
E_kin=0 wegen v=0
E_pot = 0 wegen h= 0
p = gesucht
Eges = p/ρ
- Oben
E_kin: v²/2
E_pot: g h
p=0
Eges = v²/2 + gh
Also muss gelten:
p = ρ(v²/2 + gh)
Ganz oben an der 1cm Düse ist v=15,34m/s
Die spez. Energie ist daher an diesem Punkt
w = v²/2 + p/ρ + gh = 248,4J/kg
Im Druckbehälter (p=px) muss der Wert gleich sein, also
Wspez = px/ρ
bzw.
px = 2,48 bar (1,47 bar Überdruck)
Wir haben daher von oben nach unten:
1,01 bar Düse
2,12 bar Verbindungsrohr oben
2,41 bar Verbindungsrohr unten
2,48 bar Druckbehälter
Welche Geschwindigkeit muss das Wasser beim Austritt haben, um 12 m Höhe zu erreichen? Wie groß sind dann Geschwindigkeit, Volumenstrom, Druckverlust im Rohr?
Den Luftdruck mit 6 Stellen anzugeben ist natürlich Blödsinn, zumal der Druckverlust an der Düse und die Temperaturabhängigkeit der Viskosität anscheinend ignoriert werden sollen.
Hey danke für die antwort,
ich habe Vaustritt=15,34m/s raus. ich habe dafür die formel für den wurf nach oben genommen. Könntest du möglicherweise noch detaillierter helfen. schritt für schritt ? Ich bin echt nicht so fit in Physik und hatte 25/80 Punkte bei dem ersten Versuch
Weiter warten wir auf Deine Ideen. Zumal die nächsten Schritte - Strömungsgeschwindigkeit im Rohr - weit unterhalb von Uni-Niveau liegen.
Rohrquerschnitt an der Pumpe A=r^2*pi
R ist der Radius des Rohres und nicht der Durchmesser. Hab da einen Fehler gemacht
Achte auch auf die Reynoldssche Zahl,die darf einen bestimmten Wert bei der "laminaren Rohrströmung nicht überschreiten.
Re=l*roh*v/n
siehe in deinen Unterlagen nach.
Wende den Energieerhaltungssatz an.
Im Prinzip ist das die Bernoulli-Gleichung.
Tipp: verfolge das energetische Schicksal eines kleinen Wasservolumens dQ in seinem Lauf vom Druckkessel nach oben. Die gegen einen Druck p geleistete Arbeit ist dW=p*dV.
Der Rest ist eine Summenbilanz.
hey danke erstmal für deine Antwort, könntest du mir mehr Infos geben, vielleicht Formeln die ich brauche ? wie ich anfangen soll usw ? ich bin nicht so fit in Physik da ich erst seit der Uni Physik habe
Mache eine Zeichnung und wende Dein Wissen an. Du brauchst: Kinetische Energie, potenzielle Energie, ... Ist alles Schulphysik.
Formeln braucht man keine speziellen.
Du hast nun zwei Antworten, die dir bereits alles wesentliche gesagt haben.
blöd das ich auf einer hauptschule war und man da sowas nicht gelernt hat, schulphysik aber wenn ich es nicht kann könnt ihr mir doch trotzdem helfen draufzukommen
ich habe versucht die "Bernoullische Gleichung" umzustellen auf p1
p1+roh *g*h1+roh/2*v1^2=p2+roh*g*h2+roh/2*v2^2
da kam bei mir 13035 Pascal raus, was mir wenig erscheint.
V1= 0,0048192m³/s
V2= 0,0012048m³/s
Bei den Formeln die ich sehe kommt mir das unmöglich vor in der Prüfung selber drauf zu kommen.
Bei der Formel V=pi*(p1-p2)*t*R^4/(8*n*l) weiß ich zb auch nicht was ich da für p1 v oder t einsetzen soll.