Auftriebskraft turbulente Annahme

Jochen-S · Anmeldungsdatum: 25.05.2012 Beiträge: 29

Hey, habe mal wieder eine Frage zu einer Aufgabe bei der ich mir nicht so ganz sicher bin.

Eine luftgefüllte runde Plastik-Boje (Durchmesser 35 cm, Masse der Hülle = 800g, Luftdichte 1,2 kg/m^3, Annahme Hülle ist dünn ) ist in 10 m Wassertiefe (20°) an einem Betonklotz (Dichte 2,4g/cm^3) mit einer kurzen Leine festgebunden.

a) Betonklotz sei schwer genug das er nicht angehoben wird, welche Kraft wirkt auf das Seil.

Antwort: ist ja prinzipiell gleichzusetzen als wäre die Boje festgebunden am Boden, somit würde auf das Seil die Kraft Fa-Fg= Fges wirken

p(wasser) * g * V(Kugel) - m(Kugel) * g = F(Seil) Richtig ????

b) Reicht ein Betonklotz mit einer Masse von 30 kg aus ?

FG Betonklotz > FA Boje ........ 300 N > wie Fa Richtig ?????

c) Seil wird durchgeschnitten mit welcher Geschwindigkeit steigt die Boje ?
(Annahme turbulent), ist die Annahme gerechtfertigt ?

Kann ich da einfach F= m*a F= Auftriebskraft ..... m= Masse Boje .... daraus die Beschleunigung berechnen ..... und danach über s = 1/2 a t^2 nach t umstellen Zeit berechnen und über V=a*t die Geschwindigkeit bestimmen oder kann ich das bei einer turbulenten Annahme nicht so machen ????

Turbulenter Nachweis wäre dann einfach mit der berechneten Geschwindigkeit die Reynoldszahl berechnen und schaun pb sie über dem kritischen Wert liegt ..... ????

Wäre super wenn mir jemand weiterhelfen kann besonders bei der Teilaufgabe c)

Viele Grüße Jochen

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Schreib Deine Rechnung zu b) mal kurz auf: Welche Mindestmasse braucht der Klotz? Der Anfang ist in a) schon gemacht.

Bei c) könnte man versuchsweise erstmal eine laminare Umströmung annehmen. Die konstante Kraft nach oben (Auftrieb - Gewicht; im Gleichgewicht mit der Reibung) bedingt dann eine konstante Geschwindigkeit: http://de.wikipedia.org/wiki/Gesetz_von_Stokes .

Mit dieser Geschwindigkeit würde ich in einem zweiten Schritt überprüfen, ob die Voraussetzungen für Laminarität vorliegen; ob also noch Re < Re_krit http://de.wikipedia.org/wiki/Laminare_Str%C3%B6mung (Bei mir klare Turbulenz; Stokes scheint hier unpassend.)

Jochen-S · Anmeldungsdatum: 25.05.2012 Beiträge: 29

also bei b) hätte ich gesagt:

m(Betonklotz 30Kg) * g muss größer sein wie Auftriebskraft von Boje Minus die Gewichtskraft der Boje......

Sprich wenn meine resultierende Auftriebskraft aus FG und FA ....... kleiner 300N ist würde der Klotz reichen.

c)

das heißt ich kann das Gesetz von Stokes nicht anwenden ? ..... wie gehe ich dann vor ?

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Komm bitte endlich zur Sache!

b) Rechne die Mindestmasse des Klotzes aus, die zum Halten erforderlich ist und vergleiche das Ergebnis mit dem tatsächlichen Klotz. Reicht dieser - ja oder nein?

c) Rechne nach dem Gesetz von Stokes die sich ergebende Geschwindigkeit aus und schätze ein, ob der Wert realistisch ist; meinetwegen mit der Reynoldszahl!

To · Gast

Wir haben genau das selbe Problem und kommen bei Teilaufgabe c nicht weiter.
Weil wenn man FR gleich der Auftriebskraft setzt kommt mann auf die Geschwindigkeit gleich 0
wohnst du zufällig in Rosenheim und schreibst am Dienstag Physikprüfung und hast keine Ahnung.

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5063

Jochen-S · Anmeldungsdatum: 25.05.2012 Beiträge: 29

Jap genau ..... bin aus Rosenheim und werde am Dienstag auch schön Physik schreiben Big Laugh

......

To · Gast

Ja is ja lustig Big Laugh

Ist das dein erst oder zweit Versuch?
Aber ich kann dich beruhigen. Die Aufgabe bzw. so ne ähnliche kommt nicht dran. Die wurde rausgenommen, haben wir rausbekommen, deshalb wurde da letztes Jahr die Prüfung annuliert.

Also dann mal noch viel Glück