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Florian85
Anmeldungsdatum: 06.01.2009
Beiträge: 3
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 Florian85 Verfasst am: 06. Jan 2009 22:01 Titel: schwimmende Holz- bzw. Plastikkonstruktion |
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Hallo Physiker,
als erstes zur Information muss ich leider sagen dass ich kein Physiker bin und leider von Physik auch absolut keine Ahnung habe!
Mein Problem ist Folgendes:
ich möchte eine Konstruktion bauen die ein Gerüst von ca. 400 kg über Wasser halten kann. Ich dachte da an ein einfachtes Rechteck aus Holz oder irgendein anderes luftgefülltes Material das flach auf der Wasseroberfläche liegt.
1. ist das möglich?
2. welches Material hat die besten Auftriebseigenschaften und eignet sich am Besten dafür?
3. wie groß muss das Rechteck sei um ca. 400 kg über Wasser zu halten?
Schonmal im Voraus vielen Dank für eure Antworten!
Beste Grüße vom Rhein!  |
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wishmoep
Anmeldungsdatum: 07.09.2008
Beiträge: 1342
Wohnort: Düren, NRW
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| wishmoep Verfasst am: 06. Jan 2009 22:27 Titel: |
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Im Idealfall kannst du es natürlich wie ein Boot bauen - sprich hohlförmig.
Also ein ziemlich leichtes Material, das bei einem bestimmten Tiefgang ausreichend Wasser verdrängt und somit einen ausreichenden Auftrieb erfährt.
Dabei sollte ads Volumen größer sein als:
Damit du sichergehen kannst, dass es auch schwimmt und nicht nur, wenn es einmal unter gegangen ist, an gleicher Position verharrt.
Die Masse sei hier die Gesamtmasse der Konstruktion mit allem drum und dran. Die Dichte sei die Dichte des "Materials" in die du deine Konstruktion eintauchen willst - also z.B. Wasser.
Du willst also ein Rechteck bauen. Die Oberfläche der "oberen" und "unteren" Fläche ist im Prinzip egal, die "Höhe" spielt da mehr eine Rolle.
Wenn wir jetzt die Fläche A als gegeben ansehen hängt es "nur" noch von der Höhe des Rechtecks, oder des sonst was ab; woraus dann folge
Und dieses "größer" sollte nicht all zu klein sein. Da sollten es schon mehrere Centimeter bis Dezimeter sein 
P.S.:
 Masse
 Volumen
 Höhe
 Fläche
 Dichte (rho) |
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Florian85
Anmeldungsdatum: 06.01.2009
Beiträge: 3
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| Florian85 Verfasst am: 07. Jan 2009 21:07 Titel: |
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Okay, vielen Dank schonmal, da kommen wir der Sache schon näher. Jedoch hab ich mich leider nicht ganz klar ausgedrückt:
Ich meine ein Rechteck z.b aus vier Baumstämmen oder vier Zylindern die mit Luft gefüllt sind. Also liegen nur diese Baumstämme auf der Wasseroberfläche, nicht das komplette Rechteck. Ist es am sinnvollsten da vier luftgefüllte Zylinder zu nehmen die miteinander verbunden sind? Sagen wir mal ich nehme vier Zylinder die mit Luft gefüllt sind. Zwei der Zylinder sind 2m lang und 2 sind 1,5 Meter lang. Die Zylinder haben einen Durchmesser von 40 cm. Könnte so ein Konstrukt funktionieren? |
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wishmoep
Anmeldungsdatum: 07.09.2008
Beiträge: 1342
Wohnort: Düren, NRW
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| wishmoep Verfasst am: 07. Jan 2009 22:09 Titel: |
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| Florian85 hat Folgendes geschrieben: | | [...]Sagen wir mal ich nehme vier Zylinder die mit Luft gefüllt sind. Zwei der Zylinder sind 2m lang und 2 sind 1,5 Meter lang. Die Zylinder haben einen Durchmesser von 40 cm. Könnte so ein Konstrukt funktionieren? |
Ob du jetzt mit Luft gefüllte Plastikzylinder nimmst oder Baumstämme ist im Endeffekt egal, essentiell ist am Ende nur die Gesamtmasse des Konstrukts.
Sicher, dass du im Wasser liegende Zylinder nehmen willst? Das wird nämlich auf grund der kreisförmigen Grundfläche etwas gewust mit Zahlen  .
So auf die Schnelle ohne Notizen werde ich es dir für Vierkanthölzer aufschreiben. Ich denke sowas wäre wohl am einfachsten zu beschaffen, alles andere wäre auch, bei ganz genauer Betrachtung auf dei Schnelle zu aufwändig.
Ich denke, dass der Durchmesser für die Tiefe als auch die Höhe gilt.
Die Eintauchtiefe legen wir aber noch fest als h; maximal kann h d annehmen, minimal 0m.
=\frac{1}{2}\,d\cdot h)
=A(h)\cdot l_1=\frac{1}{2}\,l_1\cdot d\cdot h)
=A(h)\cdot l_2=\frac{1}{2}\,l_2\cdot d\cdot h)
)
Gesucht ist nun eine Höhe, bei der  ist darauffolgend  , so ist es nicht möglich, ist  schon.
 &>& \frac{m}{\varrho} \\ h &>& \frac{m}{\varrho\cdot d\cdot\left(l_1+l_2\right)})
Dichte von Wasser dürfte mit  angenommen werden.
}\\ h&>&\frac{2}{7}\,\mathrm{m}\approx 0{,}285714\,\mathrm{m})
Müsste also klappen, oder? (Wenn ich keinen Fehler gemacht habe, für Tote übernehme ich keine Haftung  ) |
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Florian85
Anmeldungsdatum: 06.01.2009
Beiträge: 3
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| Florian85 Verfasst am: 08. Jan 2009 18:39 Titel: |
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Wow, du bist ja echt krass! Vielen Dank nochmal  . D.h. es ist egal welches Material ich nehme solange es Auftrieb hat? Müsste ein luftgefüllter Zylinder nicht mehr Gewicht tragen können als ein gleich großer Holzstamm?Wie kann ich ausrechnen wie groß die Stämme oder Zylinder min. sein müssten? Weil je kleiner desto besser! |
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wishmoep
Anmeldungsdatum: 07.09.2008
Beiträge: 1342
Wohnort: Düren, NRW
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| wishmoep Verfasst am: 08. Jan 2009 18:57 Titel: |
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| Zitat: | | Müsste ein luftgefüllter Zylinder nicht mehr Gewicht tragen können als ein gleich großer Holzstamm? |
Ja das ist schon richtig.
Ich bin jetzt davon ausgegangen, dass die gesamte Kontruktion. Also der "Schwimmteil" + Aufbau + Was weiß ich nich was 400kg wiegen.
Du solltest dich also entscheiden, was du nehmen willst, am einfachsten wäre wohl Holz, kommt man sehr einfach dran, denn wenn der hohle Zylinder brüchig wird und Wasser eindringt ist das Projekt wortwörtlich ins Wasser gefallen.
Dann muss dir noch klar sein, dass es etwas schwieriger zu berechnen ist, wenn du einen "Kreis" also einen Körper mit Kreisgrundfläche liegend ins Wasser tauchst. Hier hast du ja dann bis zur Mitte ein ansteigendes Volumen, das ist dann nicht mehr linear, so wie bei einem Vierkantholz.
Und sobald das Wasser dann über dieser Mittellinie ist, kommt zusätzlicher Druck von oben, wobei ich gerade nicht genau weiß, ob das wirklich essentiell ist, da müsste ich noch ein paar Synapsen mehr einschalten.
P.S.: Wie klein die - nennen wir sie einfach mal Schwimmkörper - also wie klein die Schwimmkörper minimal sein können, kann man entweder per Ungleichung oder Differentialrechnung machen, aber dazu braucht man ja einen genauen Aufbau. |
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VeryApe
Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3249
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| VeryApe Verfasst am: 08. Jan 2009 19:19 Titel: |
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lol wishmoep für Tote überehme ich keine Haftung. Am besten du nimmst da Bleizylinder und taufst das ganze in Florians lustige Unterwasserwelt.
Spass bei Seite. Du solltest mal überhaupt von den ganzen eine Skizze machen wie du dir das vorstellst mit Massangaben.
Gerade bei Unterlagen wie Wasser ist es auch wichtig das Kippen zu beachten.
Das es ist nicht schon durch die kleinste Wasserbewegung umkippt.
usw... |
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para
Moderator
Anmeldungsdatum: 02.10.2004
Beiträge: 2874
Wohnort: Dresden
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| para Verfasst am: 08. Jan 2009 19:28 Titel: |
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Nur eine kurze Anmerkung:
| wishmoep hat Folgendes geschrieben: | | Und sobald das Wasser dann über dieser Mittellinie ist, kommt zusätzlicher Druck von oben, wobei ich gerade nicht genau weiß, ob das wirklich essentiell ist, da müsste ich noch ein paar Synapsen mehr einschalten. |
Darüber muss man sich keine Gedanken machen. In der Tat ist der Druckunterschied zwischen "Druck von unten" und "Druck von oben" ja gerade eine Möglichkeit das Zustandekommen des Auftriebs zu erklären (siehe Wikipedia).
Aber ich muss dir recht geben, allgemein die Eintauchtiefe bei vorgegebener belastender Kraft auszurechnen macht bei kreisförmigem Querschnitt keinen Spaß. ^^
| wishmoep hat Folgendes geschrieben: | | P.S.: Wie klein die - nennen wir sie einfach mal Schwimmkörper - also wie klein die Schwimmkörper minimal sein können, kann man entweder per Ungleichung oder Differentialrechnung machen, aber dazu braucht man ja einen genauen Aufbau. |
Wo hilft da Differentialrechnung? Eigentlich tut's die normale Ungleichung die das Volumen liefert. Die Form ist dann theoretisch egal. (Zumindest für die reine Auftriebskraft. Für andere Aspekte wie die Stabilität der Konstruktion gegen Umkippen im Wasser kommt das natürlich wieder rein.)
_________________
Formeln mit LaTeX |
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wishmoep
Anmeldungsdatum: 07.09.2008
Beiträge: 1342
Wohnort: Düren, NRW
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| wishmoep Verfasst am: 08. Jan 2009 21:19 Titel: |
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| para hat Folgendes geschrieben: | | Wo hilft da Differentialrechnung? Eigentlich tut's die normale Ungleichung die das Volumen liefert. Die Form ist dann theoretisch egal. (Zumindest für die reine Auftriebskraft. Für andere Aspekte wie die Stabilität der Konstruktion gegen Umkippen im Wasser kommt das natürlich wieder rein.) |
Ja stimmt natürlich - aber es ginge auch, wenn man auf Formel komm raus dahinter her ist.
| para hat Folgendes geschrieben: | | Darüber muss man sich keine Gedanken machen. In der Tat ist der Druckunterschied zwischen "Druck von unten" und "Druck von oben" ja gerade eine Möglichkeit das Zustandekommen des Auftriebs zu erklären (siehe Wikipedia). |
Gut, ich hatte nämlich auch einige Bedenken, als ich es schrieb.
Genau bzgl. der Sache mit dem Auftrieb, und dass es deswegen ja nicht sein könnte, sonst würde der Auftrieb zusätzlich von der Tiefe des "verdrängten" Volumens abhängig sein, ist er aber nicht |
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