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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
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 Systemdynamiker Verfasst am: 29. Jul 2015 17:40 Titel: Cartesische Taucher |
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Der Cartesische Taucher ist ein beliebtes Experiment im Physikunterricht. Das Phänomen ist auch in Wikipedia erklärt. Nun habe ich im Seebad Binz auf Rügen eine Sammlung von Tauchern gefunden, die man in Rotation versetzen kann. Doch wie erklärt man dieses Phänomen?
https://www.youtube.com/watch?v=sW7bO9-5m24
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
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| as_string Verfasst am: 29. Jul 2015 19:09 Titel: |
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Wenn die Öffnung an diesem"Wurmfortsatz" ist, dann regt ausströmendes Wasser zur Rotation an, aber einströmendes weniger zur Gegenotation, weil das ausströmende ein gerichteter Stahl sein wird, aber Wasser von jeder Richtung her eingesaugt wird.
Gruß
Marco
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
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| Systemdynamiker Verfasst am: 30. Jul 2015 11:18 Titel: konvektiver Impulsstrom |
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Es könnte sein, dass zwei Bohrungen nichtradial angebracht sind, damit das ein- und ausströmende Wasser ein Drehmoment erzeugt. Vielleicht kaufe ich vor der Abreise noch so einen Taucher. Dann sehe ich, wo und wie die Löcher angebracht sind.
| Zitat: | | Wenn die Öffnung an diesem"Wurmfortsatz" ist, dann regt ausströmendes Wasser zur Rotation an, aber einströmendes weniger zur Gegenotation, weil das ausströmende ein gerichteter Stahl sein wird, aber Wasser von jeder Richtung her eingesaugt wird. |
Das ein- und das ausströmende Wasser erzeugen die gleiche und nicht die gegengleiche Wirkung, weil der konvektiv der Impuls immer nur vorwärts transportiert werden kann
Ein zufliessender Massestrom wird positiv und ein ausfliessender negativ gezählt. Fliesst z.B. der Massestrom nach hinten weg, sind die Massenstromstärke und Geschwindigkeit negativ und der x-Impuls wird ins System hinein transportiert. Fliesst der Massestrom von hinten zu, sind die Massenstromstärke und die Geschwindigkeit positiv und der x-Impuls wird ebenfalls ins System hinein transportiert.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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as_string
Moderator
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| as_string Verfasst am: 30. Jul 2015 16:01 Titel: |
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Ja, richtig... War Quatsch was ich erzählt habe.
Zwei Öffnungen und eine Art Ventil nach "Herzklappen"-Bauart würden sicherlich eher funktionieren, oder?
Gruß
Marco
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VeryApe
Anmeldungsdatum: 10.02.2008
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| VeryApe Verfasst am: 31. Jul 2015 00:23 Titel: |
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| Zitat: | Es könnte sein, dass zwei Bohrungen nichtradial angebracht sind, damit das ein- und ausströmende Wasser ein Drehmoment erzeugt
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Eine nicht radiale Öffnung über die der druckausgleich stattfindet muß es geben sonst würde sich der Taucher nicht drehen.
Wasser fließt irgendwo horizontal ein und aus.
Es reicht aber eine.
Mit 2 symmetrischen würde er sich direkt um eine Schwerpunktsachse drehen -> Kräftepaar.
mit einer dreht er sich halt um eine Achse ausserhalb des Schwerpunktes.
weil 1 einzelne Kraft auf den SChwerpunkt trotzdem ein Drehmoment ausübt und zweitens sich die Kraftrichtung dann mit der Drehung kreisgerecht einstellt. die Kraft dreht sich mit weil sich die Öffnung dreht.
http://www.manufactum.at/cartesischer-flaschenteufel-p1464486/
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
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| Systemdynamiker Verfasst am: 31. Jul 2015 07:37 Titel: Dyname |
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Leider konnte ich bis heute noch kein Exemplar besorgen (für eine Wanderung an den Strand ist mir Wetter hier auf Rügen zu schlecht). Ich habe aber verschiedene Angebote im Internet gefungen.
Ja, die Figuren scheinen nur eine Öffnung zu besitzen. Das reicht aus, weil sich die Kraftwirkung herausmittelt. Es sollte aber eine kleine Kreisbewegung sichtbar sein. Das werde ich bei Gelegenheitmit einer Spezialkamera analysieren.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
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| Systemdynamiker Verfasst am: 31. Jul 2015 11:01 Titel: Lieferadresse |
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Der Glaskünstler war heute noch nicht da. Aber ich habe die Internet-Adresse gefunden: http://www.siggi-hauch.de/shop/
Das sind die interessantesten Cartesischen Taucher, die ich bisher gesehen habe.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
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| as_string Verfasst am: 31. Jul 2015 13:06 Titel: |
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| VeryApe hat Folgendes geschrieben: | Eine nicht radiale Öffnung über die der druckausgleich stattfindet muß es geben sonst würde sich der Taucher nicht drehen.
Wasser fließt irgendwo horizontal ein und aus.
Es reicht aber eine. |
Wir reden von zwei Öffnungen, damit die Flüssigkeit auf einem anderen Weg rein kann, wie sie raus geht, nicht aus zwei Öffnungen bei rein sowie raus.
Sonst würde er beim Einströmen in die eine und beim Ausströmen in die andere Richtung drehen, aber anscheinend tut er das ja nicht.
Gruß
Marco
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VeryApe
Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247
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| VeryApe Verfasst am: 31. Jul 2015 20:56 Titel: |
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| Zitat: | Wir reden von zwei Öffnungen, damit die Flüssigkeit auf einem anderen Weg rein kann, wie sie raus geht, nicht aus zwei Öffnungen bei rein sowie raus.
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Meiner Ansicht nach braucht man keine 2 Öffnungen, das Wasser kann in der selben Öffnung aus und einfließen.
| Zitat: |
Sonst würde er beim Einströmen in die eine und beim Ausströmen in die andere Richtung drehen, aber anscheinend tut er das ja nicht.
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Meiner Ansicht nach nicht ganz richtig, die Wirkung des Drehmoments bzw der Kraft hängt vom einströmen bzw ausströmen aus. und zwar gegensinnige Dreh Kraftrichtung.
aber es bedeutet kein gegensinniges Drehen.
sondern es bedeutet das zunächst durch ein gerichtetes Drehmoment eine bewegung einsetzt danach durch gegensinniges Drehmoment Kraft wieder gebremst wird, danach wieder Bewegung, die Bewegung verläuft jedoch in eine Richtung in Bewegung und Bremsen abhängig vom Start,.
dabei hängt es meiner Ansicht nach davon ab wie man den Verschluss drückt, drückt man ihn gleichschnell hinein und gleichschnell heraus, müsste es Bewegung und wieder stillstand und wieder bewegung geben abhängig vom Start.
Drückt man ihn langsam hinein und lasst die Verspannung samt Wasserdruck den Gummideckel entspannen müsste er sich schneller entspannen sodass sich eine Bewegung in eine Richtung einstellt die nur langsam gebremst erscheint.
Meiner Ansicht nach kann man im Video sogar erkennen das während das auf und abdrückens des Gummistoppels der Teufel mal schneller mal langsamer dreht.
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as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
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| as_string Verfasst am: 01. Aug 2015 08:56 Titel: |
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Ah, OK, da hatte ich Dich dann falsch verstanden. Das könnte natürlich auch sein.
Gruß
Marco
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
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| Systemdynamiker Verfasst am: 02. Aug 2015 10:37 Titel: Impulsbilanz bei offenen Systemen |
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| Zitat: | | die Wirkung des Drehmoments bzw der Kraft hängt vom einströmen bzw ausströmen aus. und zwar gegensinnige Dreh Kraftrichtung. |
Definitiv nicht! Wie ich weiter oben schon formuliert habe, kann der Impuls bei konvektiven Strömen nur vorwärts transprotiert werden (alle drei Komponenten). Eine schöne Anwendung dafür bildet die Peltonturbine. Dazu habe ich einen alten Aufsatz hochgeladen: https://www.academia.edu/14564615/Zur_Physik_der_Peltonturbin
Aber vielleicht ist das zu kompliziert. Deshalb ein einfacheres Bild. Spritzt ein Feuerwehrmann einen Demonstanten mit Wasser ab, werden beide zurück gedrückt. Oder ein einfacheres Kompaktmodell. Ein kleines Boot besitzt ein horizontales Rohr mit beweglichem Kolben. Der Kolben bewegt sich im Moment gegen das Innere des Boots und wird dort durch eine ideale Feder abgebremst und wieder zurück geworfen. Während dieser ganzen Halbperode drückt die Feder das Boot vorwärts. Bei der zweiten Halbperiode wäre die Feder auf Zug belastet, aber dann trifft dieses Bild nicht mehr zu, weil die Wassersäule ja nicht auf Zug belastet werden kann.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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VeryApe
Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247
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| VeryApe Verfasst am: 02. Aug 2015 19:37 Titel: |
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ich kann Ihnen nicht folgen, bzw ist das für mich im Moment nicht richtig.
| Zitat: |
Spritzt ein Feuerwehrmann einen Demonstanten mit Wasser ab, werden beide zurück gedrückt.
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stimme überein.
umgekehrt
sauge ich mit nen Staubsauger ein Wollkneul ein werden wir beide zueinander hingezogen.
bzw saugt der Feuerwehr man das Wasser ein, wird er zum Wasser gezogen.
okay.
verstehe aber die Anspielung auf das Topic nicht.
| Zitat: |
Ein kleines Boot besitzt ein horizontales Rohr mit beweglichem Kolben. Der Kolben bewegt sich im Moment gegen das Innere des Boots und wird dort durch eine ideale Feder abgebremst und wieder zurück geworfen. Während dieser ganzen Halbperode drückt die Feder das Boot vorwärts. Bei der zweiten Halbperiode wäre die Feder auf Zug belastet, aber dann trifft dieses Bild nicht mehr zu, weil die Wassersäule ja nicht auf Zug belastet werden kann.
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kann ich nicht nachvollziehen, besonders nicht den Teil warum sich das Boot nach vorne bewegen sollte.
Wahrscheinlich weil mir da ne Skizze zum Funktionsprinzip fehlt.
Ich erkläre mal warum ich der Meinung bin das einwanderndes Wasser sich gegensinnig zu auswandernden Wasser auswirkt.
In der unterhalb geposteten Skizze, sieht man einen Zylinder mit Kolben in dem sich vakuum befindet und eine entspannte Feder, die von mir aus die Luftblase in unserem Beispiel wiederspiegelt.
Das ganze befindet sich in einer Flüssigkeit mit Druck p. Schwerdruck vernachlässigt.
Durch das mit Überdruck drückende Wasser wird der Kolben nach links gedrückt und wandert samt Wasser in den Zylinder.
Der gleich Überdruck befindet sich aber auch auf der linken Seite und drückt den Zylinder nach rechts. Das heißt Zylinder wird vom Wasser nach rechts gedrückt
Die Feder spannt sich einerseits weil der Zylinder nach rechts gedrückt wird und anderseits durch den in den Zylinder einwandernden Kolben plus wasser.
Das ganze geht solange bis die Feder dem Druck standhalten kann.
Wenn jetzt der Zylinder an einem Boot montiert wird. wandert das Boot genauso nach rechts mit dem Zylinder gegen die Wasserströmrichtung und wird nicht vom Wasser in Wasserströmrichtung bewegt.
Nun ist die Feder zusammgepresst und der Flüssigkeitsdruck wird vermindert.
dadurch drückt die Feder nun den Kolben samt Wasser aus den Zylinder nach rechts und den Zylinder selbst nach links.
Betrachte ich nun den Zylinder stellvertretend für den Teufel, wirkt je nachdem wie das Wasser einströmt die Kraft in unterschiedlicher Richtung.
Vielleicht kann jemand erklären auf was der Systemdynamiker hinauswill. ich verstehs nicht.
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zylinder in Fluessigkeit.gif |
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VeryApe
Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247
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| VeryApe Verfasst am: 02. Aug 2015 19:51 Titel: |
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Federentspannung
| Beschreibung: |
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| Dateiname: |
Federentspannung.gif |
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220 mal |
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VeryApe
Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247
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| VeryApe Verfasst am: 04. Aug 2015 11:20 Titel: |
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Ich glaube ich verstehe was der Systemdynamiker meint.
Er betrachtet den Carnotschen Taucher als System samt Inhalt und betrachtet eine systematische Wechselwirkung.
Es handelt sich aber hier um eine Betrachtungskraft die auf ein System wirkt und nicht auf den carnotschen Taucher selbst, weil Impuls die Systemgrenzen verlässt.
Das Wasser erzeugt durch ein und ausströmen jeweils einen positiven Impulszuwachs im System und somit die gleiche systematische Kraft in gleicher Richtung.
Ich rede aber von einer messbaren Kraft die direkt auf den Carnotschen Taucher wirkt bzw zylinder und nicht von einer systematischen Kraft auf das System carnotscher Taucher.
Meine Kraft beschreibt was der carnotsche Taucher direkt macht und nicht das System.
Die Kraft bzw Drehmoment auf den Carnotschen taucher wechselt auf das System bleibt sie gleich, dabei muß ich aber bedenken das das Wasser im Taucher zum System zählt und das System nicht beschreibt was der carnotsche Taucher von aussen sichtbar selbst macht.
wenn ich hier auch falsch liege, dann kann vielleicht trotzdem einanderer erklären was der Systemdynamiker hier gemeint..
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen
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| Systemdynamiker Verfasst am: 05. Aug 2015 15:17 Titel: Sog |
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Konvektiv kann der Impuls nur vorwärts transportiert werden. Soweit ist meine Argumentation korrekt. Aber beim Einströmen des Wassers entsteht in dem Bereich, in dem die Flüssigkeit beschleunigt wird, gegenüber der Umgebung ein Unterrdruck (Bernoulli), was zu einer zusätzlichen Sogwirkung führt. Die Sogwirkung scheint etwa gleich gross zu sein, wie die Wirkung des konvektiven Impulstransportes. Die Bewegung ist deshalb asymmetrisch:
Wasser strömt ein: lokal praktisch kein Impulstransport bezüglich der Figur
Wasser strömt aus: Nettoimpulsstrom wie bei der Rakete
Ein ähnliches Phänomen findet man beim Knatterboot https://de.wikipedia.org/wiki/Knatterboot
Wieso weiss ich heute mehr als vor einer Woche? Wir haben in unserer Sammlung ein völlig verstaubtes Experiment mit einer Glasfigur gefunden, bei der man das Verhalten sehr schön studieren kann.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5785
Wohnort: Heidelberg
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| as_string Verfasst am: 05. Aug 2015 16:28 Titel: |
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Irgendwie verstehe ich gerade gar nichts mehr. Wäre das nicht genau dasselbe, wie ich es schon in meinem ersten Post in diesem Thread versucht hatte zu schreiben?
Gruß
Marco
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VeryApe
Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247
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| VeryApe Verfasst am: 05. Aug 2015 19:57 Titel: |
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Ja es ist dasselbe. Auf das komme ich auch wenn ich mein Zylinderbeispiel betrachte.
Der Unterschied lag in der Betrachtung der Kraft. Der Systemdynamiker meinte Systemwechselwirkung. Du hast glaube ich so wie ich die Kraft auf den Cart Taucher gemeint und nicht auf das System
Die Kraft auf den Zylinder wie beim Cart taucher hängt von der Wasser ein und ausström Richtung ab.
Wenn Wasser einströmt wird der Cart taucher in Richtung einströmendes Wasser gezogen.
Wenn Wasser ausströmt wird der Cart taucher in die andere Richtung gedrückt. wie ich es beim Zylinder eingezeichnet habe.
Betrachtet man nun den Cart Taucher bzw den Zylinder als System.
ergibt sich im ersten Fall durch das einströmende Wasser ein Impuls gewinn des Systems. weil aber der Cart Taucher (System) gegen das einströmende Wasser beschleunigt wirkt eine Kraft gegen den Impuls gewinn. somit ist die gesamte Kraft auf das System 0.
kein Impulsgewinn. Taucher plus eingesaugtes Wasser ruhen nachdem einsaugen
beim Ausströmen wirkt die Kraft entgegengesetzt auf den Cart Taucher.
Taucher und Wasser werden entgegengesetzt weggedrückt.
Systematisch betrachtet gewinnt das System Impuls in richtung Cart Taucher bewegung weil das entegegengesetzt bewegte Wasser das System verlässt.
Danach wird nicht das selbe Wasser eingesaugt. sondern wieder ruhendes aus der Umgebung.
Dadurch bewegt sich der Zylinder nach vorne bzw der Cart Taucher nach vorne und dreht sich weil sich die res Kraft aber mit der Drehung mit dreht gibts beim cart taucher ne art Kreisdrehung ausserhalb des Schwerpunktes.
würde man dasselbe Wasser einsaugen das man wieder ausgestossen hat, ohne das es zuvor abgebremst würde man nicht von der Stelle kommen, weil man aber immer neuer ruhendes einsaugt gibts ne vorwärtsbewegung.
Die Kraft auf den taucher wechselt aber definitiv mit der Wasser ein und ausströmrichtung wie wir das behauptet haben.
Bei einer systematische betrachtung kann das ein und ausfließende Wasser aber jeweils nur einen positiven Impulsgewinn bringen. Betrachtet man das verlassen des Impuls der Systemgrenze als Kraft so hat man stehts eine Kraft in gleicher Richtung.
Das haben wir aber gar nicht gemeint.
MFG
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
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| Systemdynamiker Verfasst am: 06. Aug 2015 11:30 Titel: Erklärungsversuch |
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Meine Erklärung, die gerade im Bereich der Strömung nicht validiert ist (das könnte ziemlich aufwendig werden), habe ich auf Youtube hochgeladen:
https://www.youtube.com/watch?v=ldYO99KdXjI
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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Systemdynamiker
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VeryApe
Anmeldungsdatum: 10.02.2008
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| VeryApe Verfasst am: 19. Aug 2015 14:22 Titel: |
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Ich habe eine Frage.
Man betrachte einen Zylinder mit vakuum in einem druckbehafteten Medium.
Der Zylinder ruht weil sich die Druckkräfte vom Medium nach allen Seiten hin aufheben.
hat man nun eine Öffnung auf einer Seite so können sich die Druckkräfte auf den Zylinder nicht mehr aufheben, weil sie nicht die gleiche Angriffsfläche haben daher muß der Zylinder auf die Lochseite beschleunigen.
umgekehrt die Druckkraft die zuvor im Bereich loch gewirkt hat und den Zylinder ausgeglichen hat geht nun in die Beschleunigung des Wasser in den Zylinder.
Das heißt wenn das Medium einströmt in den Zylinder dann aufgrund von Druckdifferenz. dieselbe Druckdifferenz über eine gewisse Fläche die aber jetzt in die Einströmung des Mediums geht kann nun nicht mehr auf den Zylinder wirken um ihn in Gleichgewicht zu halten, als hätte er keine Öffnung , dadurch wird der Zylinder mit der selben Druckdifferenz über die gleiche Fläche in Richtung Öffnung beschleunigt. Das bedeutet nichts anderes als die
Kraft die das Wasser einströmen lässt bzw auf das Wasser beschleunigend wirkt ist gleich der Kraft die den Zylinder beschleunigt.
In Ihrem Video geben sie das zum Schluss auch an sagen aber sie sind sich nicht sicher ob dies so ist.
nun meine Frage wieso sind sie sich nicht sicher?
Wieso sollte denn nur das Wasser in den Zylinder beschleunigen und der Zylinder aber im Raum stehen bleiben, was hält ihn im Gleichgewicht wenn auf der anderen Seite der Druck fehlt der in Wasserbeschleunigung geht?
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Systemdynamiker
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| Systemdynamiker Verfasst am: 20. Aug 2015 11:24 Titel: Impulsbilanz |
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Im Wasser drin ist die Sache nich ganz so einfach. Doch zuerst zum Topf im Vakuum:
Nimmt man den Topf mit Inhalt als System, haben wir nur das auströmende Medium M. Dann ist die Impulsbilanz relative einfach (Raketengleichung)
 mit I_M)
Nimmt man nur das Medium, dann hat man die ganze Wechselwirkung zwischen Medium und Topf. Wenn z.B. das Loch scharfkantig ist, kann man mit Hilfe der Energie- und Impulserhaltung zeigen, dass der Strahlquerschnitt nur 50% des Lochquerschnitts beträgt. Macht man eine schöne Ausströmdüse führt der Impulsaustausch zwischen den beiden Körper dazu, dass der austretende Strahl den ganzen Querschnitt ausfüllt.
Beim Cartesischen Taucher findet dieser Prozess bei Hineinströmen des Wassers ausserhalb des eigentlichen Körpers statt. Dann ist die Argumentation nicht mehr so einfach.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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