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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
Beiträge: 155
Wohnort: DE
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 Second_Q Verfasst am: 12. Apr 2008 01:19 Titel: Geschoss Phänomen |
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Hi,
Eine kleine Frage: Warum „zerplatzen“ Kleinkaliber Projektile die mit Überschallgeschwindigkeit in einen flachen Winkel aufs Wasser aufprallen und „Unterschallgeschwindigkeitsschelle“ Kleinkaliber Projektile versinken nur im Wasser? |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 12. Apr 2008 01:26 Titel: |
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Du meinst, bezogen auf die Schallgeschwindigkeit in Wasser?
Ich würde mal sagen, bei Überschallgeschwindigkeit sind die Widerstandskräfte des Wassers einfach deutlich höher als bei Unterschallgeschwindigkeit, weil dann die Wassermoleküle nicht mehr schnell genug ausweichen können.
Genauso erfahren ja auch Flugzeuge in Luft einen deutlich größeren Widerstand, wenn sie sich der Schallgeschwindigkeit nähern oder diese gar überschreiten. Deshalb fliegen die meisten Verkehrsflugzeuge mit einer Reisegeschwindigkeit, die etwas unter der Schallgeschwindigkeit liegt, nämlich mit rund 800 km/h. |
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Second_Q
Anmeldungsdatum: 30.09.2007
Beiträge: 155
Wohnort: DE
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| Second_Q Verfasst am: 12. Apr 2008 02:32 Titel: |
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Wie schnell können Wassermoleküle maximal ausweichen, um eine ungefähre Grenzgeschwindigkeit festlegen zu können? |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 12. Apr 2008 03:27 Titel: |
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Na ungefähr mit Schallgeschwindigkeit. Denn wenn die Wassermoleküle Schall im Wasser übertragen, bewegen sie sich ja gerade mit der Geschwindigkeit des Schalls im Wasser.
Genauer gesagt, können die Wassermoleküle einem Geschoss, das deutlich weniger schnell als die Schallgeschwindigkeit ist, deutlich leichter ausweichen als einem Geschoss, dessen Geschwindigkeit fast Schallgeschwindigkeit, ungefähr Schallgeschwindigkeit oder gar Überschallgeschwindigkeit hat.
Mit Schallgeschwindigkeit meine ich hier immer jeweils die Schallgeschwindigkeit in Wasser. |
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bishop
Moderator
Anmeldungsdatum: 19.07.2004
Beiträge: 1133
Wohnort: Heidelberg
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| bishop Verfasst am: 12. Apr 2008 15:30 Titel: |
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markus, dann machst du es dir aber glaube ich zu einfach.
Schallgeschwindigkeit im Wasser ist ja deutlich höher als Schallgeschwindigkeit in der Luft, und Projektile zerplatzen bestimmt schon bei den 400m/s Aufprallgeschwindigkeit der leicht überschallschnellen Projektile. (Allerdings sollte Second_Q das nochmal klarstellen welche Schalgeschwindigkeit er meint)
Ich weiss aber auch nicht wie man auf eine Grenzgeschwindigkeit kommen könnte, diese hängt ja auch stark von der Form des Projektils ab
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Ein Physiker ist jemand, der über die ersten drei Terme einer divergenten Reihe mittelt |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 13. Apr 2008 00:01 Titel: |
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| bishop hat Folgendes geschrieben: | | und Projektile zerplatzen bestimmt schon bei den 400m/s Aufprallgeschwindigkeit der leicht überschallschnellen Projektile. |
Da bin ich mir nicht so sicher, ob ich dieser Vermutung zustimmen kann. Da habe ich die Aussage von Second_Q anders verstanden.
Natürlich wird die Belastung des Projektils beim Aufprall auf Wasser allgemein mit zunehmenden Geschwindigkeiten immer größer, aber ein deutlicher und relativ starker Effekt (starker Belastungsunterschied trotz relativ kleiner Geschwindigkeitsdifferenz, also ein besonders starker Anstieg der Kurve "Widerstandskraft beim Aufprall aufgetragen über der Geschossgeschwidigkeit") sollte in der Tat in der Nähe der Schallgeschwindigkeit in Wasser zu erwarten sein. |
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erkü
Anmeldungsdatum: 23.03.2008
Beiträge: 1414
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| erkü Verfasst am: 13. Apr 2008 16:57 Titel: |
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@dermarkus, na, na
| dermarkus hat Folgendes geschrieben: | | Na ungefähr mit Schallgeschwindigkeit. Denn wenn die Wassermoleküle Schall im Wasser übertragen, bewegen sie sich ja gerade mit der Geschwindigkeit des Schalls im Wasser. |
 Das meinst Du doch nicht im Ernst oder ???
Was sich mit der Schallgeschwindigkeit (in Luft oder Wasser oder einem sonstigem Medium) fortbewegt oder besser fortpflanzt, ist die Störung des Gleichgewichtszustands wie z.B. die lokale Änderung der Dichte (Dichtewellen in Gasen oder Flüssigkeiten und in ausgedehnten Festkörpern).
Die Geschwindigkeiten der Teilchen (Moleküle), die auch mit "Schallschnelle" oder kürzer mit "Schnelle" bezeichnet wird, ist um mehrere Grö0enordnungen kleiner als die Ausbreitungsgeschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) der Welle.
Schallschnelle und Schalldruck sind miteinander verknüpft über den Wellenwiderstand des Mediums, in dem sich die Welle ausbreitet.
Jetzt noch zum "Zerbröseln" von Geschossen oder sonstigen Körpern, die mit ihrer Bewegungsenergie auf ein anderes Medium (Hindernis) treffen. "Brösel" oder "Nichtbrösel" hängt natürlich von der Festigkeit der beteiligten Stoßpartner ab, wobei für den gestoßenen Partner dessen Schallgeschwindigkeit ein Maß für seine Festigkeit ist (je "fester" ein Körper desto größer seine Schallgeschwindigkeit).
Servus erkü
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Das Drehmoment ist der Moment, wo es zu drehen anfängt. :punk: |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 13. Apr 2008 20:59 Titel: |
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| erkü hat Folgendes geschrieben: | @dermarkus, na, na
| dermarkus hat Folgendes geschrieben: | | Na ungefähr mit Schallgeschwindigkeit. Denn wenn die Wassermoleküle Schall im Wasser übertragen, bewegen sie sich ja gerade mit der Geschwindigkeit des Schalls im Wasser. |
Das meinst Du doch nicht im Ernst oder ???
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Doch, das meine ich schon so.
Die Schallgeschwindigkeit liegt naturgemäß in der Größenordnung der mittleren Geschwindigkeit der Teilchen, denn mit dieser Geschwindigkeit bewegen sich die Teilchen ja zum nächsten Teilchen, um das wiederum anzustoßen, u.s.w..
In einem Gas wird das besonders leicht klar.
Konkret für Luft kennen wir ja die Schallgeschwindigkeit von rund 340 m/s. Die mittlere Molekülgeschwindigkeit  , berechnet aus
hat einen sehr ähnlichen Wert wie diese Schallgeschwindigkeit.
Auch die bekannte Näherungsformel für die Schallgeschwindigkeit
bestätigt das, denn das ist ja ebenfalls gleich
, siehe zum Beispiel auch
http://web.physik.rwth-aachen.de/~hebbeker/lectures/ph1_0102/p112_l05/p112_l05.html
(runterscrollen bis zum Versuch 2.7.21 oder im Dokument nach Schallgeschwindigkeit suchen). |
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erkü
Anmeldungsdatum: 23.03.2008
Beiträge: 1414
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| erkü Verfasst am: 14. Apr 2008 00:14 Titel: |
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Hallo Markus,
die Kopie aus Deinem Link:
- Die Schallgeschwindigkeit ist von der gleichen Größenordnung wie die thermische Molekülgeschwindigkeit $ v_M$, da (Wärmelehre!):
stimmt natürlich, ABER:
Die Schallgeschwindigkeit (Ausbreitungsgeschwindigkeit) darf keinesfalls mit der Partikelgeschwindigkeit verwechselt werden!
Dazu folgende Hinweise:
1.http://de.wikipedia.org/wiki/Schallschnelle
2.http://www.sengpielaudio.com/Rechner-ak-ohm.htm
Servus erkü
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 14. Apr 2008 00:36 Titel: |
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Ach so, du meinstest, dass ich in
| dermarkus hat Folgendes geschrieben: |
Na ungefähr mit Schallgeschwindigkeit. Denn wenn die Wassermoleküle Schall im Wasser übertragen, bewegen sie sich ja gerade mit der Geschwindigkeit des Schalls im Wasser.
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ein "ungefähr" vergessen habe, und dass es genaugenommen zum Beispiel heißen müsste:
"[...] Denn wenn die Wassermoleküle Schall im Wasser übertragen, bewegen sie sich ja gerade ungefähr mit der Geschwindigkeit des Schalls im Wasser."
Einverstanden  |
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erkü
Anmeldungsdatum: 23.03.2008
Beiträge: 1414
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| erkü Verfasst am: 14. Apr 2008 00:58 Titel: |
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| dermarkus hat Folgendes geschrieben: |
Einverstanden |
Nein!
Benutze doch mal den Rechner in meinem 2.Link!
Servus erkü
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Das Drehmoment ist der Moment, wo es zu drehen anfängt. :punk: |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 14. Apr 2008 02:24 Titel: |
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Bringt das folgende mehr Klarheit?
| erkü hat Folgendes geschrieben: |
Die Geschwindigkeiten der Teilchen (Moleküle), die auch mit "Schallschnelle" oder kürzer mit "Schnelle" bezeichnet wird, ist um mehrere Grö0enordnungen kleiner als die Ausbreitungsgeschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) der Welle.
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Ich meine, die Schallschnelle einer Welle darf man nicht mit der Momentangeschwindigkeit der Teilchen gleichsetzen. (Das geht nur für vereinfachte Modellvorstellungen wie zum Beispiel die einer ruhenden Teilchenkette, die nur zum Schwingen in Ausbreitungsrichtung angeregt wird.)
Denn die Schallschnelle ist nicht die gesamte Geschwindigkeit eines einzelnen Teilchens, sondern die gemittelte Momentangeschwindigkeit der Hin- und Herbewegung entlang der Ausbreitungsrichtung aller schwingenden Teilchen in einem kleinen Volumenelement an einer Stelle der Welle. Also ist die Schallschnelle nicht die Geschwindigkeit der Teilchen, sondern die kollektive Momentangeschwindigkeit einer größeren Anzahl von Teilchen in der Welle. Und diese kollektive Geschwindigkeit ist natürlich meistens viel kleiner als die Momentangeschwindigkeiten der Einzelteilchen, aus denen sie durch Mittelung hervorgeht.
Das heißt, neben ihrer kollektiven Hin- und Herbewegung aufgrund der Schallwelle bewegen sich die Teilchen zusätzlich noch wild thermisch ungeordnet zappelnd durch die Gegend, auch mit Komponenten senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung, und auch mit ungeordneten, nicht kollektiven Bewegungen entlang der Ausbreitungsrichtung, die sich beim Bilden des Mittelwertes über dieses kleine Volumenelement herausmitteln.
Und diese thermische Zappelgeschwindigkeit der Teilchen ist die Momentangeschwindigkeit der einzelnen Teilchen, und sie hat Werte, die eine Verteilung um die mittlere thermische Geschwindigkeit bilden, die in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit liegt.
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Werden die Teilchen gezwungen, sich (kollektiv und damit auch jedes einzelne Teilchen) mit einer Geschwindigkeit größer als der Schallgeschwindigkeit zu bewegen, dann wird keine normale Welle angeregt, sondern eine sogenannte Schockwelle, in der die Schallschnelle zu Beginn größer ist als die Schallgeschwindigkeit. Und das vergrößert natürlich den Widerstand (, den zum Beispiel so ein Projektil beim Aufprall erfährt, ) enorm. |
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erkü
Anmeldungsdatum: 23.03.2008
Beiträge: 1414
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| erkü Verfasst am: 14. Apr 2008 18:27 Titel: |
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| dermarkus hat Folgendes geschrieben: |
Und diese thermische Zappelgeschwindigkeit der Teilchen ist die Momentangeschwindigkeit der einzelnen Teilchen, und sie hat Werte, die eine Verteilung um die mittlere thermische Geschwindigkeit bilden, die in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit liegt. |
Hi,
es ist aber so, daß diese "Zappelgeschwindigkeit" nichts mit einer Schall- bzw. Wellenausbreitung in dem betreffenden Medium zu tun hat. Wäre diese "Zappelgeschwindigkeit" bzw. der daraus resultierende Druck hörbar, litte die gesamte Menschheit unter einem Dauer-Tinnitus.
Schall- oder Wellenausbreitung bedeutet, daß sich eine kleine lokale Auslenkung aus der Gleichgewichtslage in dem Medium fortpflanzt. Die Ableitung dieser Auslenkung nach der Zeit ist die Schallscnelle, die auch gemessen werden kann (s. Rayleigh-Scheibe).
Gruß erkü
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 15. Apr 2008 12:47 Titel: |
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| erkü hat Folgendes geschrieben: |
es ist aber so, daß diese "Zappelgeschwindigkeit" nichts mit einer Schall- bzw. Wellenausbreitung in dem betreffenden Medium zu tun hat. Wäre diese "Zappelgeschwindigkeit" bzw. der daraus resultierende Druck hörbar,
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Das habe ich auch nicht behauptet.
Was man hört, ist natürlich die Bewegung mit der Schallschnelle (also nicht mit der Teilchengeschwindigkeit).
Für die Beurteilung des Widerstandes, den das Wasser dem Objekt, das sich durch das Wasser bewegt und dabei eine Welle erzeugt, entgegensetzt, ist hingegen die Aussage wichtig, dass sich die Teilchen, während sich eine normale Welle ausbreitet, ganz normal ungefähr mit ihrer thermischen Geschwindigkeit bewegen, (und während sich eine Stoßwelle ausbreitet, mit Geschwindigkeiten, die größer als diese thermische Geschwindigkeit sind.)
| Zitat: |
Schall- oder Wellenausbreitung bedeutet, daß sich eine kleine lokale Auslenkung aus der Gleichgewichtslage in dem Medium fortpflanzt.
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Diese Einschränkung auf kleine Auslenkungen in der Definition für Wellenausbreitung würde ich in diesem Thread nur bedingt betonen wollen. Denn wenn so ein Projektil mit etwas weniger als Schallgeschwindigkeit oder mit mehr als Schallgeschwindigkeit auf eine Wasseroberfläche trifft, dann sprechen wir ja von Auslenkungen, die zumindest schon einmal so groß sind, dass sie an der Grenze zwischen normaler Welle und Schockwelle liegen. |
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erkü
Anmeldungsdatum: 23.03.2008
Beiträge: 1414
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| erkü Verfasst am: 15. Apr 2008 15:47 Titel: |
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Hi markus,
soweit einverstanden 
Aber ab hier nicht mehr:
| dermarkus hat Folgendes geschrieben: | | Diese Einschränkung auf kleine Auslenkungen in der Definition für Wellenausbreitung würde ich in diesem Thread nur bedingt betonen wollen. Denn wenn so ein Projektil mit etwas weniger als Schallgeschwindigkeit oder mit mehr als Schallgeschwindigkeit auf eine Wasseroberfläche trifft, dann sprechen wir ja von Auslenkungen, die zumindest schon einmal so groß sind, dass sie an der Grenze zwischen normaler Welle und Schockwelle liegen. |
Hier stellt sich erstmal die Frage, welche Schallgeschwindigkeit als Bezugsgröße gewählt wird, die in Luft (ca. 330 m/s) oder die in Wasser (ca. 1500 m/s)?
Das vom Geschoß die Schallgeschwindigkeit in Luft überschritten wird, dürfte klar sein (-> supersonische Strömumg, Schockwelle und nichtlineare Akustik).
Aber erreicht oder übertrifft das Geschoß auch die Schallgeschwindigkeit in Wasser, was einer Mach-Zahl (bezogen auf c_L) von ca. 4,5 entspräche ??? Meiner Ansicht nach NEIN!
Daraus folgt, daß für die Beschreibung der weiteren Vorgänge an der Grenzschicht Luft/Wasser und im Wasser die linearisierten DFG ihre Gültigkeit behalten und Nichtlinearitäten keine Rolle spielen.
Folgendes hatte ich bereits geschrieben:
"Jetzt noch zum "Zerbröseln" von Geschossen oder sonstigen Körpern, die mit ihrer Bewegungsenergie auf ein anderes Medium (Hindernis) treffen. "Brösel" oder "Nichtbrösel" hängt natürlich von der Festigkeit der beteiligten Stoßpartner ab, wobei für den gestoßenen Partner dessen Schallgeschwindigkeit ein Maß für seine Festigkeit ist (je "fester" ein Körper desto größer seine Schallgeschwindigkeit)."
Ergänzend hierzu könnte man - wenn das Geschoß die Wasseroberfläche unbeschädigt durchdringt - noch auf die Kavitation in Fluiden hinweisen, bei der beim Einsturz der Dampfblasen enorme Druckspitzen bis zu 10 GPa mit den entsprechenden Materialschäden ( ) auftreten können.
Servus erkü
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Das Drehmoment ist der Moment, wo es zu drehen anfängt. :punk: |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 15. Apr 2008 16:15 Titel: |
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| erkü hat Folgendes geschrieben: |
Hier stellt sich erstmal die Frage, welche Schallgeschwindigkeit als Bezugsgröße gewählt wird, die in Luft (ca. 330 m/s) oder die in Wasser (ca. 1500 m/s)?
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Alles, was ich in diesem Thread geschrieben habe, geht wie oben gesagt davon aus, dass Second_Q die Schallgeschwindigkeit in Wasser gemeint hatte. (Bisher hat Second_Q dazu noch nichts genaueres geantwortet.)
Wenn ich nun mal nachschlage, welche Geschwindigkeiten Projektile so erreichen können,
http://de.wikipedia.org/wiki/Projektil#Energie_von_Projektilen
dann gibt es zwar zum einen durchaus Projektile, die Geschwindigkeiten oberhalb der Schallgeschwindigkeit von Wasser erreichen. Die Kleinkaliberprojektile in dieser Tabelle scheinen allerdings typischerweise nur Geschwindigkeiten von ungefähr der Schallgeschwindigkeit in Luft zu erreichen.
Das legt nahe, dass Second_Q's Aussage vielleicht einfach nur die Schallgeschwindigkeit in Luft gemeint hatte, und dann bräuchte man natürlich keine Erklärung wie ich sie angegeben hatte, sondern einfach nur die normale Feststellung, dass Widerstandskräfte mit größeren Geschwindigkeiten wachsen (also dann in der Tat ganz ohne nichtlineare Effekte). |
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