RegistrierenRegistrieren   LoginLogin   FAQFAQ    SuchenSuchen   
Knatterboot Funktionsweise
 
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Mechanik
Autor Nachricht
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 02. Mai 2019 11:05    Titel: Knatterboot Funktionsweise Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Über die Funktionsweise des Knatterboots findet man selbst aus Fachkreisen ganz unterschiedliche Erklärungen.

Klar ist: Wasser im Dampfkessel verdampft, dadurch wird Wasser aus den Röhren hinten ausgestoßen. Durch den Rückstoß bewegt sich das Boot vorwärts.
An den kalten Rohrwandungen kühlt sich der zum Ausgang hin strömende Dampf dann so stark ab, dass er kondensiert. Dadurch entsteht kurzfristig ein Unterdruck gegenüber dem äußeren Luftdruck, und die zuvor ausgestoßene Wassermenge wird wieder eingesaugt.

Die große Frage ist jetzt: Wieso wird das Boot beim Einsaugen nicht in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt, sodass es quasi "auf der Stelle" ruckelt?

Meine Ideen:
Eine Erklärung, die vielfach verwendet wird, ist, dass beim Ausstoßen das Wasser die Rohre "jetartig" in eine Richtung verlässt, während es beim Einsaugen aus allen Richtungen eingesaugt wird, sodass der Rückstoßeffekt hier schwächer ausfällt.

Andere nennen diese Erklärung falsch und meinen, dass es damit überhaupt nichts zu tun hätte. Vielmehr zeige die Impulsbilanz, dass das Boot auch beim Einsaugen einen Impuls nach vorne erhält. Manchmal wird das durch das "Anstoßen" des Wassers im Dampfkessel erklärt.
Dann gehen die Meinungen wieder auseinander: Manche behaupten, dass sich dieser Impuls mit dem "Rückstoß" ausgleicht, sodass das Boot beim Einsaugen gar nicht beschleunigt wird, andere sprechen auch beim Einsaugen von einer Beschleunigung "nach vorne", die aber geringer ist als beim Ausstoßen des Wassers.

Für mich klingt das alles irgendwie schlüssig, v.a. die Erklärung mit dem "Anstoßen" des Wassers. Wenn aber selbst Physik-Professoren in so vielen Publikationen andere/widersprüchliche Meinungen vertreten, bin ich doch verwirrt.

Wer hat recht? Könnte das jemand, der sich zu dem Thema wirklich auskennt, da Licht ins Dunkel bringen?

Danke!!
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5860
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 03. Mai 2019 09:42    Titel: Antworten mit Zitat

Kennst Du den Beitrag?

https://systemdesign.ch/wiki/Knatterboot#Impulsbilanz
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 03. Mai 2019 23:12    Titel: Antworten mit Zitat

Diesen Beitrag kann ich leider nicht nachvollziehen.

Oben heißt es doch, die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr sei positiv, wenn Wasser relativ zum Rohr nach hinten strömt (also beim Ausströmen?!).

Dann wird ein minimaler Impulsstrom berechnet, der negativ ist (falls das Wasser halb so schnell hineinströmt, wie das Schiff fährt). Hier passt es auch mit dem Vorzeichen (Minus für Einströmen).

So weit so gut. Dann wird aber gefolgert:
"Das ausströmende Wasser führt dem Boot Impuls zu, falls die Strömungsgeschwindigkeit grösser als die des Schiffes ist. Das einströmende Wasser führt dem Boot in jedem Fall Impuls zu."
Hä!? Müsste das nicht andersherum sein? Beim Ausströmen (Strömungsgeschwindigkeit positiv, s.o.) müsste doch der Impulsstrom in jedem Falle positiv sein.

Unten wird dann die Beschleunigung berechnet, und man sieht, dass diese beim Einströmen und beim Ausströmen (gleichermaßen!?) positiv ist.

Ich werde daraus absolut nicht schlau. Diese ganze Rechnerei mit Impulsströmen ist mir aber auch nicht vertraut. Wie seht ihr diesen Beitrag? Ist er korrekt/was bedeutet er physikalisch?

Was ist dann an den anderen Argumentationen (Geometrie beim Einströmen; Rückstoß und "Anstoßen" heben sich auf) falsch?
VeryApe



Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247

Beitrag VeryApe Verfasst am: 05. Mai 2019 14:06    Titel: Antworten mit Zitat

@Jaypi ich komme mit dieser Beschreibung auch nicht mit
knatterboot-Systemphysik hat Folgendes geschrieben:
Die Stärke des konvektiven Impulsstromes bezüglich des Bootes wird mit Hilfe der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr vs (positiv, falls das Wasser relativ zum Rohr nach hinten strömt) und des Querschnitts beider Rohre A beschrieben


da müsste eigentlich stehen (negativ, falls das Wasser relativ zum Rohr nach hinten strömt) denn da wird doch angsetzt



wobei Im der Massestrom ist dm/dt und die Impulsstromstärke Ipx nichts anderes ist als die konvektive Änderung des Impulses in x Richtung .

Dort wird auch weiters angesetz

Der Massestrom ins System muß positiv sein wenn etwas hineinströmt und negativ wenn etwas das System verlässt.

Wäre aus der Bootssicht nach hinten negativ und nach vorne positiv, dann würde es passen , denn wenn etwas einströmt muß es sich aus Bootssicht nach vorne bewegen wenns ausströmt nach hinten bewegen.

Dort steht aber nach hinten positiv dann müsste doch eigentlich stehen


und für


vx ist positiv in Bewegungsrichtung des Bootes.

knatterboot-Systemphysik hat Folgendes geschrieben:

Der Impulsstrom ist minimal, falls das Wasser halb so schnell ins Schiff hinein strömt, wie dieses fährt. Unter dieser Bedingung (vs=−vx/2
) ist der konvektive Impulsstrom negativ und hat eine Stärke von..


wenn vs=-vx/2 wäre dann wäre doch der Massestrom nach dem Artikelansatz negativ, dann müsste es ja ausströmen und nicht einströmen.

_________________
WAS IST LOS IN EUROPA? https://www.youtube.com/watch?v=a9mduhSSC5w
VeryApe



Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247

Beitrag VeryApe Verfasst am: 05. Mai 2019 14:31    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Für mich klingt das alles irgendwie schlüssig, v.a. die Erklärung mit dem "Anstoßen" des Wassers. Wenn aber selbst Physik-Professoren in so vielen Publikationen andere/widersprüchliche Meinungen vertreten, bin ich doch verwirrt.


Eng damit ist die Frage verknüpft, was man denn nun mit dem Begriff Boot genau meint.
Zählt man das Wasser das sich im Boot befindet zum Boot oder betrachtet man nur alles was mit den Boot fix verschraubt ist als zum Boot zugehörig. Die meisten Widersprüche lösen sich schon dadurch auf, wenn man klarstellt über was für ein System man überhaupt spricht.

In dem Link betrachten Sie das gesamte Knatterboot und das darin befindliche Wasser als ein System Knatterboot, das mit der Umgebung Impuls austauscht einmal über äußere Kräfte die Druckkräfte vom Wasser ausserhalb (um die Systemgrenze herum) dessen resultierende Druckkraft sie als Näherung über den Strömungswiderstand modellieren auf der anderen Seite konkvekitv in dem Teilchen mit Masse und Impuls einfliessen oder ausfliessen, dadurch kann für das gesamte System eine Massenmittelpunktgeschwindigkeit bzw Beschleunigung ermittelt werden, die aber für das gesamte System gilt, das aus eigentlichen Boot (alles was fix verschraubt ist) plus das darin befindliche Wasser gilt. Das Wasser innerhalb bewegt sich ja unterschiedlich zum Boot. Wenn man die Geschwindigkeit des Bootes selbst will, müsste man das darin befindliche Wasser getrennt betrachten, aber die Fehler sind sehr gering.

_________________
WAS IST LOS IN EUROPA? https://www.youtube.com/watch?v=a9mduhSSC5w
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 05. Mai 2019 21:02    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, da bin ich erleichtert dass nicht nur ich der Beschreibung in diesem Link nicht folgen kann.
Das ganze Thema scheint auch für die Spezialisten hier im Forum schwierig zu sein.
Vielleicht kann mir jemand ganz konkret diese Fragen beantworten:

- Ist die Begründung, dass beim Einsaugen aus allen Richtungen Wasser eingesaugt wird, sodass der Rückstoßeffekt hier schwächer ausfällt, falsch? Wenn ja, warum?

- Wird das Boot nun auch beim Einsaugen des Wassers beschleunigt oder nicht? Wenn ja, warum? Gleichen sich Rückstoß durch das Einsaugen und "Anstoßen" des Wassers im Dampfkessel gegenseitig aus?

Danke schonmal im Voraus Augenzwinkern
VeryApe



Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247

Beitrag VeryApe Verfasst am: 05. Mai 2019 21:37    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:

Ok, da bin ich erleichtert dass nicht nur ich der Beschreibung in diesem Link nicht folgen kann.
Das ganze Thema scheint auch für die Spezialisten hier im Forum schwierig zu sein.
Vielleicht kann mir jemand ganz konkret diese Fragen beantworten:


erstens bin ich kein Spezialist, sondern nur interessiert an vielen Dingen und eins davon Physik,
zweitens habe ich es nicht so gemeint, wie wenn die Ausführungen dort Käse wären, sondern es ist halt ein Vorzeichenfehler drinnen meiner Ansicht nach, der sich dann in der ganzen Ableitung dahinzieht, und wo durch dann Verwechslungen mit einströmen und ausströmen resultieren.

Zitat:
- Ist die Begründung, dass beim Einsaugen aus allen Richtungen Wasser eingesaugt wird, sodass der Rückstoßeffekt hier schwächer ausfällt, falsch? Wenn ja, warum

hätte mich auch interessiert wie du das meinst. das Wasser wird doch hinten eingesaugt und ausgestossen, was soll hier von allen richtungen einströmen bedeuten, seitliche Impulskomponenten bewirken nichts in x Richtung
wenn man ein System über das Knatterboot aufspannt und da gehören die Rohre auch dazu und das darin befindliche wasser, ist es nur relevant mit welchen x Impuls das Wasser am Ende des Rohrs einströmt und in welche x Richtung die Druckkraft wirkt, also was soll da von allen Richtungen bedeuten von vorne auch oder wie?

Zitat:
- Wird das Boot nun auch beim Einsaugen des Wassers beschleunigt oder nicht? Wenn ja, warum? Gleichen sich Rückstoß durch das Einsaugen und "Anstoßen" des Wassers im Dampfkessel gegenseitig aus?


Wenn du das System so aufspannst wie in diesem Artikel ist das völlig irrelevant, was im inneren des Bootes passiert, ausschlaggebend sind nur die äußeren Kräfte und der konvektive Impulsstrom bzw wenn man strikt bei der Defintion F=dp/dt bleibt ist dies ja auch ne konvektive Kraft.

Das Wasser wirkt beim Einströmen oder Ausströmen immer mit einer Druckkraft ins Boot hinein einmal mehr und dann weniger eine in sich negative Druckkraft wäre ja eine Zugkraft, die gibts beim wasser nicht.
Beim Einströmen führt es immer Impuls in Bewegungsrichtung zu beim Ausströmen hängt es davon ob ob vs größer als vx ist, wenn es kleiner ist nimmt es wieder positiven Impuls mit.
Das Ein und Ausströmverhalten wird sicher eine insgesamte Wirkung auf die resultierende Druckkraft sein, die aber um den Strömungswiderstand pendelt.

Aber ich habe mich mit den Knatterboot noch nicht beschäftigt, vermutlich willsd du eine Erklärung für das Boot selbst ohne das wassers innerhalb. dazu müsstest du das innere Wasser auch freischneiden, dann wirds aber komplex, vielleicht hat sich ja hier herinnen schon einer intensiv mit dem Knatterboot beschäftigt, aber viel anderes als mit der Systembetrachtung inklusive Wasser kann da auch nicht rauskommen solange die Bootsmasse viel größer ist als das Wasser das sich darin befindet.

_________________
WAS IST LOS IN EUROPA? https://www.youtube.com/watch?v=a9mduhSSC5w


Zuletzt bearbeitet von VeryApe am 05. Mai 2019 22:22, insgesamt einmal bearbeitet
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 05. Mai 2019 22:21    Titel: Antworten mit Zitat

Hey,

vielen Dank für deine Antwort.

Was ich mit den verschiedenen Richtungen beim Einsaugen meine: z.B. hier

uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/didaktik_physik/publikationen/dampfjetboot_neu.pdf

oder hier:

ias.ac.in/article/fulltext/reso/009/06/0066-0073

wird die Funktionsweise eines Knatterboots gerade damit erklärt (von durchaus qualifizierten Leuten).

Auch im deutschsprachigen Wikipedia (de.wikipedia.org/wiki/Knatterboot) findet sich diese Erklärung.


Im englischsprachigen Wikipedia (en.wikipedia.org/wiki/Pop_pop_boat) heißt es dagegen:

"The operation of the pop pop boat may seem surprising, since one might expect that if water is going in and out through the exhaust tube, the boat should merely shake back and forth. But while the water pushed out carries away with it momentum, which must be balanced (by Newton's third law) by an opposite momentum on the part of the boat, the water sucked in quickly impinges on the boiler tank and transfers its momentum to the boat. The initial reaction force on the boat (which would pull it backwards) is therefore cancelled by the pushing of the water when it hits the inside of the boiler. The result is that the inflow of water causes no appreciable force on the boat."

Daher die Formulierung mit dem "Anstoßen".



Zitat:
Das Wasser wirkt beim Einströmen oder Ausströmen immer mit einer Druckkraft ins Boot hinein eine negative Druckkraft wäre ja eine Zugkraft, die gibts beim wasser nicht.
Beim Einströmen führt es immer Impuls in Bewegungsrichtung zu beim Ausströmen hängt es davon ob ob vs größer als vx ist, wenn es kleiner ist nimmt es wieder positiven Impuls mit.


Das wäre wieder der Ansatz mit der Impulsbilanz. Widerspricht der letze Satz nicht Newtons drittem Gesetz?

So oder so, so wie ich das sehe widerspricht sich dieser Ansatz mit der Impulsbilanz doch klar mit sämtlichen obigen Links, oder?

Wo liegen da die Fehler?
VeryApe



Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247

Beitrag VeryApe Verfasst am: 05. Mai 2019 22:37    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:

Das wäre wieder der Ansatz mit der Impulsbilanz. Widerspricht der letze Satz nicht Newtons drittem Gesetz?


warum es geht hier in meinem Satz nicht um die gesamte resultierende Kraft des Wassers um das Boot herum, sondern nur um den Teil der hinten einströmt und der liefert in das Boot konvektiven positiven Impuls und drückt noch zusätzlich mit einer Druckkraft in das Boot hinein.

Also Wasser von aussen drückt an der Systemgrenze um den Rohrquerschnit auf das zum System Boot gehörende Wasser innerhalb ins Boot hinein.
Gegenkraft. Wasser vom System Boot innerhalb drückt an der Systemgrenze auf das Wasser ausserhalb in genau die gegenteilige Richtung.

Wasser strömt von der Umgebung ausserhalb konvektiv mit Impuls hinein->konvektive Kraft.. Gegenkraft die Umgebung verliert das Wasser und somit diesen Impuls, weil es jetzt innerhalb des Systems ist.

Neben diesen Druckkräften im Rohrquerschnitt an der Systemgrenze gibt es ja um das Boot herum noch weitere Druckkräfte. All diese bilden die resultierende Druckkraft, die sind doch da nicht inkludiert.

Die Druckkraft über den Rohrquerschnit wird sicher beim einströmen und ausströmen varieren einmal mehr oder weniger sein. sodass die resultierende Druckkraft über die gesamte Oberfläche in x sicher herumpendelt.

Im Link vom mathefix ordnen Sie dieser näherungsweise den Strömungswiderstand zu, und die Druckkraft wird sicher in diesem Bereich pendeln

Deine Links lese ich mir morgen durch.

_________________
WAS IST LOS IN EUROPA? https://www.youtube.com/watch?v=a9mduhSSC5w
VeryApe



Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247

Beitrag VeryApe Verfasst am: 05. Mai 2019 23:18    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
The operation of the pop pop boat may seem surprising, since one might expect that if water is going in and out through the exhaust tube, the boat should merely shake back and forth. But while the water pushed out carries away with it momentum, which must be balanced (by Newton's third law) by an opposite momentum on the part of the boat, the water sucked in quickly impinges on the boiler tank and transfers its momentum to the boat. The initial reaction force on the boat (which would pull it backwards) is therefore cancelled by the pushing of the water when it hits the inside of the boiler. The result is that the inflow of water causes no appreciable force on the boat.


Hier betrachten sie meiner Meinung nach das Boot getrennt vom inneren Wasser, beschreiben nicht das System das im mathefix link beschrieben wird.
Da wird das innere Wasser zum System dazugezählt.

_________________
WAS IST LOS IN EUROPA? https://www.youtube.com/watch?v=a9mduhSSC5w
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 06. Mai 2019 10:02    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, aber es kann doch trotzdem nicht beides stimmen:

Zitat:
Das Boot erfährt bei kleinem Strömungswiderstand eine positive Beschleunigung, falls das Wasser ausströmt und falls es einströmt.


aus dem Systemphysik-Link und
Zitat:
The result is that the inflow of water causes no appreciable force on the boat.


Also im Hinblick auf das, was man "von außen sieht". Wird das Boot beim Einströmen nun beschleunigt oder nicht?

Zitat:
Beim Einströmen führt es immer Impuls in Bewegungsrichtung zu beim Ausströmen hängt es davon ob ob vs größer als vx ist, wenn es kleiner ist nimmt es wieder positiven Impuls mit.


Soll das heißen, dass wenn vs beim Ausströmen kleiner als vx ist, das Boot beim Ausströmen gebremst wird? Das ist intuitiv schwer vorstellbar. Heißt das außerdem, dass ein Großteil des Vortriebs des Bootes aus der Einströmphase resultiert? Das würde allen anderen Quellen widersprechen. Oder ist die Ausströmgeschwindigkeit so viel größer als die Einströmgeschwindigkeit?

Ich frage mich außerdem, wo diese Formel überhaupt herkommt:



Wieso addieren (oder subtrahieren) wir v_x und v_s?
VeryApe



Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247

Beitrag VeryApe Verfasst am: 06. Mai 2019 12:37    Titel: Antworten mit Zitat

Jaypi hat Folgendes geschrieben:
Ich frage mich außerdem, wo diese Formel überhaupt herkommt:




Das kann man auch anschreiben als



vx ist die Massenmittelpunkts - Geschwindigkeit des System Bootes in x positiv in Bewegungsrichtung zum Erdruhsystm

vs ist die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers relativ zum Ruhsystem des Massenmittelpunktes (System Boot), positiv eigentlich nach vorne wenn man plus ansetzt.

setzt man hierfür die Geschwindigkeit relativ zum eigentlichen Boot gemessen an, begeht man einen Fehler (Näherung), da man die Geschwindigkeit relativ zum Ruhsystem des Massenmittelpunktes des gesamten System Bootes braucht.
Und Massenmittelpunkt des SystemBootes und eigentliches Bootes können sich unterschiedlich bewegen, so kann sich das eigentliche Boot zurückbewegenund das Wasser nach vorne. Damit ruht der Massenmittelpunkt des System Bootes aber das eigentliche Boot bewegt sich zurück. vs gemessen auf eigentliches Boot ist dann unterschiedlich gemessen auf das Ruhsystem des Massenmittelpunktes.

die Geschwindigkeit des einströmenden Wasser im Erdruhsystem ist dann
vx+vs

und oder Im ist der Massestrom des Wassers wieviel kg/sec fließen ein oder aus.

Wenn du einen Eimer mit Masse m hast und Geschwindigkeit null , dann hat der Eimer selbst den Impuls null.
Wenn du nun ein System darüber aufspannst und sagst alles was in dem
Eimer ist , gehört zu meinem System Eimer inklusive den Eimer selbst, dann bedeutet das, so wie ein Apfel der mit konstanter Geschwindigkeit unterwegs ist und in den Eimer eintritt, ändert sich der Impuls des Eimers, denn der Apfel mit Impuls ist nun drinnen, obwohl auf den Apfel und den Eimer selbst beim Eintritt überhaupt keine Teilchenwechselwirkung gewirkt hat.
Der Impuls des Systems Eimer hat sich rein konvektiv nur durch den Eintritt verändert. Jetzt hat das System Eimer Impuls.

Nachher wenn der Apfel gegen den eigentlichen Eimer prallt und Teilchenwechselwirkungen stattgefunden haben, ändert sich der Impuls des eigentlichen Eimers, aber nicht der des Systems Eimers. denn Apfel und eigentlicher Eimer tauschen untereinander den Impuls nur gegenseitig aus sodass der gesamte Impuls des Systems Eimer erhalten bleibt.
solche Kräfte sind innere Kräfte, weil sie sich im System Eimer ereignen.

Neben den das ein Apfel einfliegt und den Impuls des ganzen Systems konvektiv verändert. können auch von aussen richtige Teilchenwechselwirkungskräfte an den System einwirken, so wie die Druckkräfte im Knatterboot beispiel, die dann auf den Eimer einwirken und den Impuls dessen verändern und da die Systemgrenze um den eigentlichen Eimer verläuft, drücken sie auch auf das ganze System Eimer und verändern dessen Impuls



und dieser konvektive Anteil ist Ipx. und die Teilchenwechselwirkungen von aussen also





Um jetzt auf das Knatterboot zurück zukommen.
Der Impuls des System entspricht aber dem Impuls des eigentlichen Bootes plus dem Impuls des Wassersinnerhalb und das geteilt durch die momentane gesamte Masse ergibt dir die Massenmittelpunkts geschwindigkeit des gesamten System aber nicht des eigentlichen Bootes.
Geschwindigkeit und Beschleunigung beziehen sich immer auf das gesamte System, also hast du da schon mal einen weiteren Fehler drinnen gegenüber der Geschwindigkeit und Beschleunigung des eigentlichen Bootes

Zitat:
Ja, aber es kann doch trotzdem nicht beides stimmen:

Zitat:
Das Boot erfährt bei kleinem Strömungswiderstand eine positive Beschleunigung, falls das Wasser ausströmt und falls es einströmt.


Das resultiert daraus, daß sie meiner Meinung nach näherungsweise die res Druckkraft gleich dem resultiernden Strömungswiderstand setzen, das ist wieder eine Näherung und auch schon fehlerbehaftet. Weiterer Fehler.

Ich schreibe mal wie ich es mit kurzen Blick sehe, und ich schreibe über das eigentliche Boot ohne Wasser, und wenn ich es als System mit inneren Wasser betrachte schreibe ich System Boot.

Zu Beginn hast du den statischen Wasserdruck vorne und hinten am Boot über der Oberfläche der sich vorne und hinten ausgleicht.
Das Boot ruht.
Dann strömt Wasser in das Rohr, das bedeutet am Rohreingang hast du einen geringeren Druck als wie denn statischen, denn Wasser kommt schon mit Geschwindigkeit an und das muß in der Umgebung beschleunigt worden sein,also da ging schon statischer Druck in Beschleunigung.
vorne ist noch immer der statische Druck.
Dadurch gibt es eine resultierende Druckkraft auf das Boot kurz nach hinten. irgendwann knallt dieses Wasser beim einströmen im Kessel dagegen und hebt diesen zugeführten rückwärtigen Impuls auf sodass effektiv nach dem einströmvorgang das Boot keinen effektiven Impuls zugeführt bekommen hat.

Für das ganze System gilt hinten ist der Druck geringer als vorne wodurch am Start einen nach hinten gerichtete res Druckkraft wirkt, gleichzeitig ist ja die Druckkraft hinten nur geringer weil der teil durch Beschleunigung in Wassergeschwindigkeit ging,dafür tritt jetzt aber Wasser genau mit der Geschwindigkeit ein und da die Formel lautet



Fdruck ist negativ nach hinten Ipx ist aber positiv nach vorne somit ist die gesamte Impulsänderung des Systems beim Eintritt null.

also das System beschleunigt nicht.
das eigentliche boot beschleunigt aber kurz nich merklich nach hinten weil es ja vom einströmenden Wasser wieder gestoppt wird.
In der Systembeschreibung kommt gleich null raus.
In dem Artikel setzen sie aber die resultierende Druckkraft gleich den Strömungswiderstand. Der ist aber zu Beginn null und somit ist die resultiernde Druckkraft zu Beginn bei denen null und nicht nach hinten gerichtet mit dem konvektiven Impuls bekommen sie dann eine Impulszunahme nach vorne und eben eine positive Beschleunigung beim einströmen am start heraus.

Da wird eben das Pendeln der Druckkraft um den Strömungswiderstand nicht berücksichtigt, ich bin aber nicht überzeugt das der Fehler groß ist, und ob man das noch analytisch lösen könnte.

_________________
WAS IST LOS IN EUROPA? https://www.youtube.com/watch?v=a9mduhSSC5w


Zuletzt bearbeitet von VeryApe am 15. Mai 2019 16:30, insgesamt 3-mal bearbeitet
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 06. Mai 2019 16:11    Titel: Antworten mit Zitat

Erstmal ein dickes Dankeschön für deinen ausführlichen Beitrag. Super erklärt und ich habe eine Menge gelernt. Mir ist jetzt klar wo die Gleichung herkommt und was den Unterschied zwischen "Boot" und "System Boot" ausmacht.

Drei Fragen habe ich aber noch.

1) Gemäß der Formel führt das ausströmende Wasser dem Boot ja nur Impuls zu, wenn vs vom Betrag her größer ist als vx. Verstehe ich es also richtig, dass im Falle vs kleiner vx zwar das "System Boot" Impuls verliert, das Boot aber dennoch nicht gebremst wird?

2) Eine Frage noch zur letzten Formel auf der Systemphysik Seite:



Das heißt doch, dass v_s beim Ausströmen viel größer sein muss als beim Einströmen (also vom Betrag), denn wir haben ja gesagt, dass das Boot beim Einströmen nicht/fast nicht beschleunigt?

3) Und eine letzte Frage: Was sagst du zu der Erklärung mit dem "Einströmen aus allen Richtungen"? Hat das irgendeinen Einfluss oder ist es einfach falsch?
VeryApe



Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247

Beitrag VeryApe Verfasst am: 06. Mai 2019 22:46    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
1) Gemäß der Formel führt das ausströmende Wasser dem Boot ja nur Impuls zu, wenn vs vom Betrag her größer ist als vx. Verstehe ich es also richtig, dass im Falle vs kleiner vx zwar das "System Boot" Impuls verliert, das Boot aber dennoch nicht gebremst wird?


Wenn man ein Objekt hat mit konstanter Masse dann kann man ziemlich leicht sagen, wenn der Impuls zunimmt beschleunigt es, wenn der Impuls abnimmt bremst es.

Wenn man aber Systeme betrachtet die ihre Systemmasse verändern wirds komplizierter.

Nimm mal an du hast ein System das zum Zeitpunkt t den Impuls

hat.

Das System hat ne gewisse Masse und eine gewisse Massenmittelpunktsgeschwindigkeit.

und nehmen wir an zum Zeitpunkt t' hat das System die gleiche Geschwindigkeit aber die Masse hat abgenommen und sei m'



dadurch ist p' kleiner als p dennoch hat das System nicht beschleunigt, die Geschwindigkeit ist wieder gleich wie vorher.
Es lässt sich also nicht einfach aus Impulszunahme und Abnahme folgern ob das System beschleunigt oder gebremst worden ist.

Nun kann man hergehen und die Masse und die Geschwindigkeit als zeitlich veränderlich betrachten.



einmal abgeleitet







Das System wird dann gebremst wenn

ist.

Die vektorzeichen über den Formeln habe ich mir aus anschaulichkeit gespart, da kannsd du überall ein x dranhängen für die xKomponente.

ist die Massenänderung des Systems pro Zeit nicht zu verwechseln mit

aus der Formel


In das System kann es mehrere konvektive Zuflüsse und Abflüsse geben, teils negative positive Masseströme bzw mit unterschiedlichen Werten.

ist die Summe all dieser Massenstrom - Zuflüsse und Abflüsse und steht eben für die gesamte Massenzunahme oder Abnahme des Systems pro ZEit

Daher schreiben die noch eine Massenbilanz an



hier werden beide Rohre zu einen einheitlichen Massestrom in und aus dem System zusammengefasst und da es nur einen Zustrom und Abfluss gibt ist





also




====================================

====================================

wenn der Term kleiner null ist wird gebremst.
In der Regel wird das Boot durch den Antrieb beschleunigt bis an die Grenze kommt wo es nicht mehr beschleunigt, dann fährts konstant weiter.

Wenn ich im Auto aufs Gas steige komme ich auch irgendwann durch den Luftwiderstand an die Grenze wo das Auto nicht weiter beschleunigt.,

wenn du es dann zusätzlich mit der Hand anschiebst, wird der Term unter null fahren und es wird gebremst.

Zitat:
Eine Frage noch zur letzten Formel auf der Systemphysik Seite:
...................
Das heißt doch, dass v_s beim Ausströmen viel größer sein muss als beim Einströmen (also vom Betrag), denn wir haben ja gesagt, dass das Boot beim Einströmen nicht/fast nicht beschleunigt?


Ich habe geschrieben das das System Boot meiner Meinung nach um den Start! nicht beschleunigt beim Einströmen.
später wenn es schon Geschwindigkeit hat und es sich an der Grenzen zum erreichbaren befindet wird es sicher beim einströmen schon verzögert werden, aber dann beim Ausströmen wieder beschleunigt.
Das steht im Widerspruch zu deiner angeführten Gleichung, weil hier eben die res Druckkraft beim einströmen und ausströmen gleich den Strömungswiderstand gesetzt wird, sonst hättest du zwei unterschiedliche Formeln für Ein und Ausströmen..

Natürlich wäre es optimal wenn vs beim Ausströmen größer wäre, aber wie willsd du das gewährleisten, weil dann schlussendlich kein Wasser mehr im Kessel wäre. Es kann nie mehr ausströmen als im Kessel ist und wenn da dauernd zu wenig nachströmt ist es irgendwann sense mit dem Wasser.

Zitat:

3) Und eine letzte Frage: Was sagst du zu der Erklärung mit dem "Einströmen aus allen Richtungen"? Hat das irgendeinen Einfluss oder ist es einfach falsch?


Ich habe mir den Anfang von der Uni Münster durchgelesen

PDF hat Folgendes geschrieben:
Berück-sichtigt man, daß die Beträge der Aus- und Ein-strömgeschwindigkeit sich nicht wesentlich unter-scheiden (siehe unten) so stellt sich die Frage, wie-so die mit dem Ausström- und Einsaugvorgang verbundenen Impulsübertrag sich nicht ausgleichen und das Boot sich auf der Stelle hin- und herbe-wegt.


hier schreiben sie das die aus und einströmgeschwindigkeit gleich sind.

dann schreiben sie

Zitat:
Wassereinsaugen: Innerhalb derselben Zeit t werde aus dem Kugelvolumen vom effektiven Radius r (Siehe Abb. 2b) die Wassermasse meeingesogen. Im stationären Betrieb ist die einge-sogene Wassermasse me gleich der ausgestoße-nen m. Nimmt man vereinfachend an, daß das Wasser radial (gradlinig) den Rohrenden zu-strömt, dann wird nur der Impuls pe‘ wirksam, der in der Abb. 2b schraffiert eingezeichneten Wassermasse entspricht



rechnen einen Impuls pe' aus der sich aus me' *ve' ergibt.

Also es tritt über den Einsaugzeit eine verminderte Masse ein und eine verminderte Geschwindigkeit, also doch nicht die gleiche Geschwindigkeit wie sie zuerst schreiben.

das bedeutet das geringer ist als beim Ausströmen, wenn die das gemessen haben dann wird das schon so sein. dann müsste es aber irgendwann mit dem Wasser innerhalb sense sein
Das eingeflossene Wasser prallt dann sowieso gegen das eigentliche Boot innerhalb und hebt den Gegenimpuls vom Boot auf (um den start betrachtet) und von den Druckkräften auf das Boot lese ich auf Seite 2 überhaupt nichts.

ich würde mich an die englische Version halten, und wenn ich es berechnen müsste an die Systemphysik. Aber wie gesagt ich bin kein Spezialist und habe mich nicht intensiv mit dem Boot beschäftigt.

_________________
WAS IST LOS IN EUROPA? https://www.youtube.com/watch?v=a9mduhSSC5w
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 06. Mai 2019 23:22    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, danke!

Aber wie passt das

Zitat:
Ich habe geschrieben das das System Boot meiner Meinung nach um den Start! nicht beschleunigt beim Einströmen.
später wenn es schon Geschwindigkeit hat und es sich an der Grenzen zum erreichbaren befindet wird es sicher beim einströmen schon verzögert werden, aber dann beim Ausströmen wieder beschleunigt.


denn dazu

Zitat:
The initial reaction force on the boat (which would pull it backwards) is therefore cancelled by the pushing of the water when it hits the inside of the boiler. The result is that the inflow of water causes no appreciable force on the boat.
?

Auch später wird doch das Wasser im Dampfkessel noch abgebremst und überträgt seinen Impuls auf das Boot, sodass das "Verzögern" ausgeglichen wird, oder?

Zitat:
Das steht im Widerspruch zu deiner angeführten Gleichung, weil hier eben die res Druckkraft beim einströmen und ausströmen gleich den Strömungswiderstand gesetzt wird, sonst hättest du zwei unterschiedliche Formeln für Ein und Ausströmen..


Deshalb kann ich mich auch immer noch nicht so recht mit dieser Beschreibung anfreunden. Im Hinblick auf die Realität, also das was man prinzipiell auch beobachten kann, ist die Formel dann doch völlig falsch (nach der Formel würde das Boot ja beim Einströmen wie beim Ausströmen gleichermaßen nach vorne beschleunigt).
VeryApe



Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247

Beitrag VeryApe Verfasst am: 07. Mai 2019 00:07    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:

Auch später wird doch das Wasser im Dampfkessel noch abgebremst und überträgt seinen Impuls auf das Boot, sodass das "Verzögern" ausgeglichen wird, oder?


Zu Beginn ist der Strömungswiderstand null.
Meiner Meinung, wenn das Boot ruht ist vorne und hinten der statische Druck. Wenn hinten Wasser einströmt geht statischer Druck in Beschleunigung. und daher um die Rohre wo das Wasser eintritt wird der Druck geringer sein als der statische vorne ist aber noch immer der statische, so dass eine Resultierende Druckkraft nach hinten entsteht, die aber dann durch das einströmende Wasser ausgeglichen wird.
Denn Der druck fällt ja hinten nur ab weil Wasser in der Umgebung beschleunigt wird.

Später ist der Strömungswiderstand auf das ganze Boot doch nicht mehr null. Du kannsd doch nicht hoffen, das das einströmende Wasser den ganzen Strömungswiderstand des Bootes ausgleicht. Ich denke das sie das im englischen Text auch um den Start herum meinen warum sich das Boot überhaupt erst in Bewegung setzt und nicht an der Stelle hin und herdackelt

Zitat:

Deshalb kann ich mich auch immer noch nicht so recht mit dieser Beschreibung anfreunden. Im Hinblick auf die Realität, also das was man prinzipiell auch beobachten kann, ist die Formel dann doch völlig falsch (nach der Formel würde das Boot ja beim Einströmen wie beim Ausströmen gleichermaßen nach vorne beschleunigt).


Im ganzen Leben ist nichts 100% perfekt, das meiste genähert. Die Frage ist ob man mit dem Fehler leben kann oder nicht.

Wenn man den Verlauf im zeitlichen Mittel damit eingermassen gut berechnen kann, wo ist das Problem.
Wenn natürlich rauskommt das boot fährt 100kmh und dann sind es nur 50km/h. Dann kann man die Formel verwerfen.

_________________
WAS IST LOS IN EUROPA? https://www.youtube.com/watch?v=a9mduhSSC5w
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 07. Mai 2019 09:09    Titel: Antworten mit Zitat

Du meinst also, dass das einströmende Wasser zwar am Anfang die Kraft durch den Druckunterschied ausgleicht, aber dann nicht mehr den Strömungswiderstand, oder? Das leuchtet mir ein.

Aber

Zitat:
Im ganzen Leben ist nichts 100% perfekt, das meiste genähert. Die Frage ist ob man mit dem Fehler leben kann oder nicht.


das ist eine Sache, aber in diesem Fall tritt ja beim Einströmen das genaue Gegenteil ein: In Wirklichkeit bremst das Boot, während es nach der Formel in gleichem Maße wie beim Ausströmen beschleunigt.
Ok, wenn man sich nur für Durchschnittswerte interessiert, mag es gehen... aber im Hinblick auf die Funktionsweise des Knatterboots ist diese Beschreibung doch mindestens irreführend.
Oder interpretiere ich da noch irgendetwas falsch?
VeryApe



Anmeldungsdatum: 10.02.2008
Beiträge: 3247

Beitrag VeryApe Verfasst am: 07. Mai 2019 09:46    Titel: Antworten mit Zitat

ja meine ich und nein du interpretierst nichts falsch.

aber mit dem Hinweis
Zitat:
Aber wie gesagt ich bin kein Spezialist und habe mich nicht intensiv mit dem Boot beschäftigt.

man müsste den Druckverlauf hinten am Boot messen und was tatsächlich ein und ausfließt, dann hätte man Gewissheit.

Zitat:
aber im Hinblick auf die Funktionsweise des Knatterboots ist diese Beschreibung doch mindestens irreführend.


Im Leben sollte man auch immer das klein Gedruckte lesen.

systemphysik hat Folgendes geschrieben:
Das Boot erfährt bei kleinem Strömungswiderstand eine positive Beschleunigung, falls das Wasser ausströmt und falls es einströmt. Dieser Schluss ist aber nicht ganz korrekt, weil wir hier den Umstand, dass sich die Wassersäule im Rohr anders bewegt als das Boot, vernachlässigt haben. Zudem könnte beim Ansaugen des Wassers der Druck im Bereich der Rohrenden leicht absinken und eine kleine Sogwirkung entfalten. Dank der scharfkantigen Geometrie der Enden dürfte die damit verbundene Kraft aber klein sein.


obwohls hier gar nicht klein gedruckt ist. Mehr als auf die Fehler hinweisen kann man auch nicht.

_________________
WAS IST LOS IN EUROPA? https://www.youtube.com/watch?v=a9mduhSSC5w
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 07. Mai 2019 20:27    Titel: Antworten mit Zitat

Da hast du natürlich Recht und ich möchte dir außerdem nochmal für deine umfangreichen Beiträge danken.

Falls sich mit dem Thema noch jemand ein bisschen auskennt, und vor allem falls noch jemand etwas zu der häufigen Erklärung mit den verschiedenen Richtungen beim Einströmen (im Gegensatz zum "jetartigen" Ausströmen) sagen kann, würde ich mich natürlich immer noch über weitere Beiträge freuen!
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 09. Mai 2019 13:25    Titel: Antworten mit Zitat

Jetzt habe ich doch noch zwei konkrete Fragen:

1) Spielt die Membran, die ja für das "Knattern" verantwortlich ist, bzgl. der Funktionsweise irgendeine Rolle oder ist sie nur zur "Show"?

2) Nochmal zu dem Einfließen "aus allen Richtungen". Selbst wenn auch "jetartig" eingesaugt würde, würde das Boot doch funktionieren, oder?. Aber macht dieser Effekt das Boot vielleicht noch effektiver oder hat es gar keinen Einfluss und ist völliger Quatsch (obwohl es ja so oft als Begründung genutzt wird)?
Jaypi
Gast





Beitrag Jaypi Verfasst am: 12. Mai 2019 19:55    Titel: Antworten mit Zitat

Hat denn niemand eine Idee bzgl. des Einströmens "aus allen Richtungen"?

Im englischen Wikipedia steht, dass dies das Boot zwar effektiver machen würde, aber nicht der eigentliche Grund für die Funktionsweise des Bootes ist.

Z.T. wird aber auch behauptet, diese Erklärung hätte gar keinen Einfluss auf die Funktionsweise.

Wie ist das zu bewerten?
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Mechanik