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Prof. Dr. Caren Hagner, Physik für Biologie und Zahnmedizin, WS2012/13
Prof. Dr. Caren [email protected], Telefon: 8998‐2297
Inhalt der heutigen Vorlesung:
Wiederholung Hydrostatik mit Versuchen,Ruhende Gase (Luftdruck),
Hydrodynamik
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Prof. Dr. Caren Hagner, Physik für Biologie und Zahnmedizin, WS2012/13
Verformung ‐ Elastizität
• Gittermodell
• Versuch zum Dehnen und Fließen eines DrahtesEkupfer = 115 GN/m2 (Elastizitätsmodul)
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Hydrostatik (Versuch 1)
• Funktion eines Universal‐Manometers
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Bourdonfeder (Rohrfeder) Manometer
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Hydrostatik (Versuch 2)
• Kommunizierende Röhren
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Hydrostatik (Versuch 3)
• Druckdose nach Hartl
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Hydrostatik (Versuch 4)
• “Spritzigel” – Isotropie des Druckes
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Hydrostatik (Versuch 5)
• Cartesianische Taucher
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http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/applist/f/f.htmInteraktives Applet dazu:
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Hydrostatik (Versuch 6)
• Aräometer (auch Senkwaage oder Hydrometer genannt)dient zur Dichtemessung von Flüssigkeiten
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Ruhende Gase
• Gase erfahren Schweredruck• Gase sind komprimierbar• Ihre Dichte ändert sich (je nach Druck)• Dies führt zur
Barometrischen Höhenformel:
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mh
ephp 80000)( −⋅=
Luftdruck sinkt exponentiellmit der Höhe
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Hydrodynamik
• Beschreibt die Vorgänge in strömenden Fluiden ( = Flüssigkeiten und Gase)
• Zunächst „ideale Flüssigkeit“:1. Inkompressibel (bzw. Kompressibilität wird vernachlässigt)2. Keine Wechselwirkung zwischen den strömenden
Flüssigkeitsmolekülen – d.h. die innere Reibung (Viskosität) wird nicht berücksichtigt.
• Viskose Flüssigkeiten
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Strömungen der Flüssigkeiten und Gase
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Laminare Stömung: Ideales Fluid, gleichmäßige Ströumung, in einem gegeben Punkt ändert sich die Geschwindigkeit nicht.
(Gegensatz ist die turbulente Strömung: Wirbel bilden sich)
Visualisierung der Strömung durch Stromlinien (Bahnen einzelner Teilchen)
laminare Strömung turbulente Strömung
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Kontinuitätsgleichung
• Gilt für stationäre Strömungen idealer Fluide.(stationär = Geschwindigkeit an jedem Punkt zeitlich konstant)
• Kontinuitätsgleichung:„Was in ein Volumen hineinströmt, muss auch wieder herausströmen“
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Je kleiner Querschnitt, desto schneller die Strömung – und umgekehrt.
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Beispiel: Fließendes Blut in Adern
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Prof. Dr. Caren Hagner, Physik für Biologie und Zahnmedizin, WS2012/13
Bernoulli Gleichung
• Strömung wird an Engstelle schneller, d.h. ein Teilchen auf dieser Bahnwird beschleunigt. Dafür ist eine Kraft nötig. Es gibt einenDruckunterschied. Der Druck in der Flüssigkeit ist an der engen Stellegeringer.
• Die Bernoulli Gleichung (ideale Fluide, laminare Strömung)beschreibt diesen Zusammenhang:
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Bernoulli Gleichung (ideale Fluide, nicht viskos)
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an Engstellen oder Orten mit größerer Strömungsgeschwindigkeitherrscht geringerer Druck.
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Hydrodynamik (Versuch 2)
• Durchströmtes Rohr (Bernoulli Gleichung)
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Druckabfall in viskosen Fluiden
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Hydrodynamik (Versuch 1)
• Hydrodynamisches Paradoxon
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Hydrodynamik (Versuch 3)
• Wasserball im Luftstrom
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