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Grundwissen

Größen zur Beschreibung von Strömungen

Abb. 1 Ein Fluss als Beispiel für eine Strömung

Bleiben wir bei dem oben erwähnten Beispiel vom Fluss und überlegen uns, mit welchen physikalischen Größen wir diesen beschreiben können.

  • Sofort erkennen wir die (Fließ-)Geschwindigkeit \(v\) als erste Größe.

  • Halten wir unsere Hand in das strömende Wasser, merken wir den wirkenden Druck \(p\).

  • Dass dieser Druck bei einer Wasserströmung bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit höher ist als bei einer Luftströmung leuchtet ein: damit ist die Dichte \(\rho\) eine weitere Größe, die Strömungen charakterisiert.

  • Wir wissen, dass Druck, Dichte und Temperatur physikalisch zusammenhängen. Damit ist die Temperatur \(T\)  ebenfalls eine notwendige Größe, um Strömungen zu beschreiben.

  • Die letzte Größe ist die Zähigkeit \(\eta\) eines Fluids. Vom Frühstücksbrötchen wissen wir, dass der Honig wesentlich zäher ist als das Wasser vom Frühstückstee. Diese neue Größe werden wir in einem gesonderten Abschnitt vertieft behandeln.

Damit haben wir insgesamt fünf verschiedene Größen, mit denen wir Strömungen beschreiben können. Diese sind in Tab. 1 mit ihren Einheiten zusammengefasst.

Tab. 1 Größen zur Beschreibung von Strömungen und ihre Einheiten

Bezeichnung Formelbuchstabe Einheit
Geschwindigkeit \(v\) \(\rm \frac{m}{s}\)
Druck \(p\) \(\rm Pa\)
Dichte \(\rho\) \(\rm \frac{kg}{m^3}\)
Temperatur \(T\) \(\rm K\)
Dynamische Zähigkeit \(\mu\) \(\rm Pa \cdot s\)