Suchergebnis für:
Übersicht über die Strömungslehre
Grundwissen
- Die Strömungslehre beschäftigt sich mit der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen.
- Dabei unterscheidet man die Bewegung von Flüssigkeiten (Hydrodynamik) und die von Gasen (Aerodynamik).
- Die Strömungslehre hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Alltag.
Grundwissen
- Die Strömungslehre beschäftigt sich mit der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen.
- Dabei unterscheidet man die Bewegung von Flüssigkeiten (Hydrodynamik) und die von Gasen (Aerodynamik).
- Die Strömungslehre hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Alltag.
2. Newtonsches Gesetz (Aktionsprinzip)
Grundwissen
- Wirkt auf einen Körper eine resultierende Kraft \(\vec{F}\), so wird der Körper in die Richtung der Kraft beschleunigt.
- Es gilt \(\vec{F}=m\cdot \vec{a}=m\cdot \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}\)
- Die Einheit der Kraft ist 1 Newton: \(\left[ F \right] = \left[ m \right] \cdot \left[ a \right] = 1\,{\rm{kg}} \cdot 1\,\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{kg}} \cdot \frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{N}}\)
Grundwissen
- Wirkt auf einen Körper eine resultierende Kraft \(\vec{F}\), so wird der Körper in die Richtung der Kraft beschleunigt.
- Es gilt \(\vec{F}=m\cdot \vec{a}=m\cdot \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}\)
- Die Einheit der Kraft ist 1 Newton: \(\left[ F \right] = \left[ m \right] \cdot \left[ a \right] = 1\,{\rm{kg}} \cdot 1\,\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{kg}} \cdot \frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} = 1\,{\rm{N}}\)
Reibung in technischen Anwendungen
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
a) Erläutere, worauf aus physikalischer Sicht die segensreiche Wirkung des Anti-Blockier-Systems (ABS) besteht,…
Zur Aufgabe
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
a) Erläutere, worauf aus physikalischer Sicht die segensreiche Wirkung des Anti-Blockier-Systems (ABS) besteht,…
Zur AufgabeGrößen zur Beschreibung von Strömungen
Grundwissen
- Zentrale Größen zur Beschreibung von Strömungen sind die Geschwindigkeit\(v\), der Druck \(p\), die Dichte \(\rho\), die Temperatur \(T\) und die dynamische Viskosität \(\eta\).
Grundwissen
- Zentrale Größen zur Beschreibung von Strömungen sind die Geschwindigkeit\(v\), der Druck \(p\), die Dichte \(\rho\), die Temperatur \(T\) und die dynamische Viskosität \(\eta\).
Kontinuitätsgleichungen
Grundwissen
- Die Größe \(\frac{m}{t}=\rho\cdot v\cdot A\) bzw. infinitesimal \(\frac{dm}{dt}=\dot{m}\) bezeichnet man als Massenstrom.
- Bei einer stationären Strömung ist wegen der Massenerhaltung der Massenstrom \(\dot{m}=\frac{m}{t}=\rho \cdot A \cdot v\) an allen Querschnittsflächen konstant.
- Bei inkompressiblen Fluiden ist der Massenstrom \(\dot{m}\) proportional zum Volumenstrom \(\dot{V}\). Der Proportionalitätsfaktor ist die Dichte \(\rho\) des inkompressiblen Fluids.
Grundwissen
- Die Größe \(\frac{m}{t}=\rho\cdot v\cdot A\) bzw. infinitesimal \(\frac{dm}{dt}=\dot{m}\) bezeichnet man als Massenstrom.
- Bei einer stationären Strömung ist wegen der Massenerhaltung der Massenstrom \(\dot{m}=\frac{m}{t}=\rho \cdot A \cdot v\) an allen Querschnittsflächen konstant.
- Bei inkompressiblen Fluiden ist der Massenstrom \(\dot{m}\) proportional zum Volumenstrom \(\dot{V}\). Der Proportionalitätsfaktor ist die Dichte \(\rho\) des inkompressiblen Fluids.
BERNOULLI-Gleichung
Grundwissen
- Die BERNOULLI-Gleichung liefert einen Zusammenhang zwischen Strömungsgeschwindigkeit \(v\) und Druck \(p\).
- Die BERNOULLI-Gleichung bei stationärer, verlustfreier Strömung eines inkompressiblen Fluides ist \(\rho \cdot g \cdot h+\frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^2 + p=\rm{konst.}\).
- Die Summe der potentiellen Energie, der kinetischen Energie und der Druckenergie (also der verrichteten Arbeit) entlang der Stromröhre ist erhalten.
Grundwissen
- Die BERNOULLI-Gleichung liefert einen Zusammenhang zwischen Strömungsgeschwindigkeit \(v\) und Druck \(p\).
- Die BERNOULLI-Gleichung bei stationärer, verlustfreier Strömung eines inkompressiblen Fluides ist \(\rho \cdot g \cdot h+\frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^2 + p=\rm{konst.}\).
- Die Summe der potentiellen Energie, der kinetischen Energie und der Druckenergie (also der verrichteten Arbeit) entlang der Stromröhre ist erhalten.
Geschwindigkeit am Gartenschlauch
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Ein Wasserhahn liefert einen Volumenstrom \(\dot{V} = 6{,}0\,{\frac{\ell}{\rm{min}}}\). Der angeschlossenen Gartenschlauch hat einen Innendurchmesser…
Zur Aufgabe
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Ein Wasserhahn liefert einen Volumenstrom \(\dot{V} = 6{,}0\,{\frac{\ell}{\rm{min}}}\). Der angeschlossenen Gartenschlauch hat einen Innendurchmesser…
Zur AufgabeHebebühne in der Autowerkstatt
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC-BY-NC 4.0 Benedikt Flurl, Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Prinzip einer hydraulischen HebebühneDie hydraulische Hebebühne ist ein…
Zur Aufgabe
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC-BY-NC 4.0 Benedikt Flurl, Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Prinzip einer hydraulischen HebebühneDie hydraulische Hebebühne ist ein…
Zur AufgabeWasserturm und Wasserdruck
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC BY-SA, via Wikimedia Commons Oberlausitzerin64 Abb. 1 Der historische Wasserturm in Mannheim wurde schon 1886-1889 erbaut, hat eine…
Zur Aufgabe
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC BY-SA, via Wikimedia Commons Oberlausitzerin64 Abb. 1 Der historische Wasserturm in Mannheim wurde schon 1886-1889 erbaut, hat eine…
Zur AufgabeDruck an der Staumauer
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC-BY-NC 4.0 / Benedikt Flurl, Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze zur AufgabenstellungHinweis: Nur für Lernende lösbar, die integrieren…
Zur Aufgabe
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC-BY-NC 4.0 / Benedikt Flurl, Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze zur AufgabenstellungHinweis: Nur für Lernende lösbar, die integrieren…
Zur AufgabeGeschwindigkeitsmessung mit dem VENTURI-Rohr
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC-BY-NC 4.0 / Benedikt Flurl, Joachim Herz Stiftung Abb. 1 VENTURI-Rohr zur GeschwindigkeitsmessungMit einem VENTURI-Rohr mit den…
Zur Aufgabe
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC-BY-NC 4.0 / Benedikt Flurl, Joachim Herz Stiftung Abb. 1 VENTURI-Rohr zur GeschwindigkeitsmessungMit einem VENTURI-Rohr mit den…
Zur AufgabeGeschwindigkeitsmessung mit dem PRANDTL-Rohr
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC-BY-NC 4.0 Benedikt Flurl, Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Geschwindigkeitsmessung mit dem PRANDTL-RohrMit einem PRANDTL-Rohr wird eine…
Zur Aufgabe
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
CC-BY-NC 4.0 Benedikt Flurl, Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Geschwindigkeitsmessung mit dem PRANDTL-RohrMit einem PRANDTL-Rohr wird eine…
Zur AufgabeGrößen zur Beschreibung einer Kreisbewegung
Grundwissen
- Das (Dreh-)Zentrum \(Z\) ist der Mittelpunkt der Kreisbahn.
- Der Bahnradius \(r\) ist die (konstant bleibende) Entfernung des Körpers zum Drehzentrum.
- Die Umlaufdauer \(T\) gibt an, wie lange ein Körper für einen vollständigen Umlauf der Kreisbahn benötigt.
- Die Frequenz \(f\) ist der Kehrwert der Umlaufdauer: \(f=\frac{1}{T}\). Sie gibt an, wie viele Umläufe ein Körper pro Zeiteinheit absolviert.
- Mit \(s\) bezeichnen wir die Länge der (Bahn-)Strecke, die der Körper seit dem Start der Kreisbewegung auf der Kreisbahn zurückgelegt hat.
- Mit \(\varphi\) bezeichnen wir die Weite des Drehwinkels, den der Bahnradius seit dem Start der Kreisbewegung überstrichen hat.
- Winkel werden bei der Beschreibung von Kreisbewegungen meist im Bogenmaß angegeben. Eine volle Umdrehung von \(360^\circ\) entspricht im Bogenmaß dem Wert \(2\pi\)
- Es gilt \(s = \varphi \cdot r \quad {\rm{bzw.}} \quad \varphi = \frac{s}{r}\)
Grundwissen
- Das (Dreh-)Zentrum \(Z\) ist der Mittelpunkt der Kreisbahn.
- Der Bahnradius \(r\) ist die (konstant bleibende) Entfernung des Körpers zum Drehzentrum.
- Die Umlaufdauer \(T\) gibt an, wie lange ein Körper für einen vollständigen Umlauf der Kreisbahn benötigt.
- Die Frequenz \(f\) ist der Kehrwert der Umlaufdauer: \(f=\frac{1}{T}\). Sie gibt an, wie viele Umläufe ein Körper pro Zeiteinheit absolviert.
- Mit \(s\) bezeichnen wir die Länge der (Bahn-)Strecke, die der Körper seit dem Start der Kreisbewegung auf der Kreisbahn zurückgelegt hat.
- Mit \(\varphi\) bezeichnen wir die Weite des Drehwinkels, den der Bahnradius seit dem Start der Kreisbewegung überstrichen hat.
- Winkel werden bei der Beschreibung von Kreisbewegungen meist im Bogenmaß angegeben. Eine volle Umdrehung von \(360^\circ\) entspricht im Bogenmaß dem Wert \(2\pi\)
- Es gilt \(s = \varphi \cdot r \quad {\rm{bzw.}} \quad \varphi = \frac{s}{r}\)
Umlaufdauer und Rotationsfrequenz am Hochrad
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Ein Hochrad wie in Abb. 1 hat zwei Räder mit unterschiedlichen Durchmessern. Das große Vorderrad hat meist einen Durchmesser…
Zur Aufgabe
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Ein Hochrad wie in Abb. 1 hat zwei Räder mit unterschiedlichen Durchmessern. Das große Vorderrad hat meist einen Durchmesser…
Zur AufgabeVENTURI-Rohr
Ausblick
- Mit Hilfe eines VENTURI-Rohrs kann man die Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden messen.
Ausblick
- Mit Hilfe eines VENTURI-Rohrs kann man die Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden messen.
PRANDTL-Rohr
Ausblick
- Mit Hilfe eines PRANDTL-Rohrs kann man die Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden messen.
Ausblick
- Mit Hilfe eines PRANDTL-Rohrs kann man die Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden messen.
Autotür
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Gefährlich kann es werden, wenn man beim Autofahren merkt, dass eine Tür nicht richtig geschlossen ist und dann versucht diese nochmal während der…
Zur Aufgabe
Aufgabe (
Übungsaufgaben
)
Gefährlich kann es werden, wenn man beim Autofahren merkt, dass eine Tür nicht richtig geschlossen ist und dann versucht diese nochmal während der…
Zur AufgabeHemmungspendel (Galilei-Pendel)
Ausblick
- Das gehemmte Pendel schwingt auf beiden Seiten gleich hoch (Energieerhaltung).
- Bei mittig platziertem Hindernis gilt für die Periodendauer des gehemmten Pendels \(T=\frac{T_1}{2}+\frac{T_2}{2}\)
- Wenn das Pendel höher als das Hindernis ausgelenkt wird, kommt keine Schwingung mehr zu stande.
Ausblick
- Das gehemmte Pendel schwingt auf beiden Seiten gleich hoch (Energieerhaltung).
- Bei mittig platziertem Hindernis gilt für die Periodendauer des gehemmten Pendels \(T=\frac{T_1}{2}+\frac{T_2}{2}\)
- Wenn das Pendel höher als das Hindernis ausgelenkt wird, kommt keine Schwingung mehr zu stande.
Sinken, Schweben, Steigen, Schwimmen
Grundwissen
- Das Zusammenspiel von Gewichtskraft \(\vec F_{\rm{G}}\) eines Körpers und seiner Auftriebskraft \(\vec F_{\rm{A}}\) im Medium bestimmen, ob der Körper sinkt, schwebt, steigt oder schwimmt.
- Beim Schwimmen taucht ein Körpers gerade so weit in ein Medium ein, sodass gilt \({F_{\rm{A}}} = {F_{\rm{G}}}\).
Grundwissen
- Das Zusammenspiel von Gewichtskraft \(\vec F_{\rm{G}}\) eines Körpers und seiner Auftriebskraft \(\vec F_{\rm{A}}\) im Medium bestimmen, ob der Körper sinkt, schwebt, steigt oder schwimmt.
- Beim Schwimmen taucht ein Körpers gerade so weit in ein Medium ein, sodass gilt \({F_{\rm{A}}} = {F_{\rm{G}}}\).
Gültige Ziffern mit Zehnerpotenzen
Grundwissen
- Manchmal ist die Angabe der Lösung mit der richtigen Anzahl der gültigen Ziffern nicht direkt möglich.
- Die Umwandlung in eine größere Einheit ist eine Lösungsmöglichkeit.
- Durch den Einsatz von Zehnerpotenzen kannst du die Anzahl der gültigen Ziffern immer richtig angeben.
Grundwissen
- Manchmal ist die Angabe der Lösung mit der richtigen Anzahl der gültigen Ziffern nicht direkt möglich.
- Die Umwandlung in eine größere Einheit ist eine Lösungsmöglichkeit.
- Durch den Einsatz von Zehnerpotenzen kannst du die Anzahl der gültigen Ziffern immer richtig angeben.
Exponentialfunktionen auswerten
Grundwissen
- Exponentialfunktionen haben die Form \(f(x)=a\cdot b^x\) bzw. mittels \(e\)-Funktion ausgedrückt \(f(x) = a \cdot e^{k \cdot x}\)
- Aus Messwerten kannst du die zugrundeliegende Exponentialfunktion mittels exponentieller Regression ermitteln.
- Bei Zerfallskurven, bei Absorptionskurven und bei Entladekurven von Kondensatoren handelt es sich um Exponentialfunktionen.
Grundwissen
- Exponentialfunktionen haben die Form \(f(x)=a\cdot b^x\) bzw. mittels \(e\)-Funktion ausgedrückt \(f(x) = a \cdot e^{k \cdot x}\)
- Aus Messwerten kannst du die zugrundeliegende Exponentialfunktion mittels exponentieller Regression ermitteln.
- Bei Zerfallskurven, bei Absorptionskurven und bei Entladekurven von Kondensatoren handelt es sich um Exponentialfunktionen.
Zusammenfassen von Proportionalitäten
Grundwissen
- Mehrere Proportionalitäten zu einer Größe kannst du zusammenfassen.
- Sind z.B. die Größen \(a\) und \(b\) proportional zu \(y\), so ist auch \(a\cdot b\) proportional zu \(y\).
- Umgekehrte Proportionalitäten kannst du ebenso zusammenfassen.
Grundwissen
- Mehrere Proportionalitäten zu einer Größe kannst du zusammenfassen.
- Sind z.B. die Größen \(a\) und \(b\) proportional zu \(y\), so ist auch \(a\cdot b\) proportional zu \(y\).
- Umgekehrte Proportionalitäten kannst du ebenso zusammenfassen.
Rechenaufgaben
Grundwissen
- Bei Rechenaufgaben in der Physik hilft ein strukturiertes Vorgehen.
- Notiere zuerst die gegebenen und gesuchten Größen und rechne jeweils in die Basiseinheit um.
- Stelle die Formel zuerst allgemein nach der gesuchten Größe um und setze erst dann die gegebenen Größen ein.
Grundwissen
- Bei Rechenaufgaben in der Physik hilft ein strukturiertes Vorgehen.
- Notiere zuerst die gegebenen und gesuchten Größen und rechne jeweils in die Basiseinheit um.
- Stelle die Formel zuerst allgemein nach der gesuchten Größe um und setze erst dann die gegebenen Größen ein.
Erstellen von Diagrammen
Grundwissen
- Für ein Diagramm benötigst du zunächst zusammengehörige Messwerte zweier Größen (meist aus einem Experiment).
- Die im Diagramm zuerst genannte Größe kommt auf die Rechtswertachse, die zweite Größe auf die Hochwertachse.
- Durch die Messpunkte wird im Diagramm eine möglichst glatten Kurve ohne Ecken und Knicke gezeichnet, wobei nicht alle Punkte genau auf der Kurve liegen müssen (Messfehler).
Grundwissen
- Für ein Diagramm benötigst du zunächst zusammengehörige Messwerte zweier Größen (meist aus einem Experiment).
- Die im Diagramm zuerst genannte Größe kommt auf die Rechtswertachse, die zweite Größe auf die Hochwertachse.
- Durch die Messpunkte wird im Diagramm eine möglichst glatten Kurve ohne Ecken und Knicke gezeichnet, wobei nicht alle Punkte genau auf der Kurve liegen müssen (Messfehler).
Auswerten von Diagrammen - Einführung
Grundwissen
- Messwerte werden zur Auswertung oft in ein Diagramm eingetragen. Je nach Lage wird dann eine Ausgleichsgerade oder eine Kurve im Diagramm ergänzt.
- Mit Hilfe der Ausgleichsgeraden oder Kurve können weitere Wertepaare im Bereich der Messwerte bestimmt (interpoliert) werden.
- Eine Verlängerung der Ausgleichsgeraden oder Kurve deutlich über den Bereich der Messwerte hinaus ist meist nicht zulässig.
Grundwissen
- Messwerte werden zur Auswertung oft in ein Diagramm eingetragen. Je nach Lage wird dann eine Ausgleichsgerade oder eine Kurve im Diagramm ergänzt.
- Mit Hilfe der Ausgleichsgeraden oder Kurve können weitere Wertepaare im Bereich der Messwerte bestimmt (interpoliert) werden.
- Eine Verlängerung der Ausgleichsgeraden oder Kurve deutlich über den Bereich der Messwerte hinaus ist meist nicht zulässig.