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Aufgabe 1 In einem Differenzdruckmanometer sind die statischen Drucke in den Schenkeln p 1 2 bar und p 2 1,5 bar (siehe Skizze). Die Meßflüssigkeit ist Quecksilber (Hg) mit einer Dichte von Hg 3 13,59 kgdm . Wie groß ist die sich einstellende Höhendifferenz h der Flüssigkeitssäulen in den beiden Schenkeln des U-Rohres? [ h 0,375 m ]. p1 p2 h Aufgabe 2 Ein U-Rohr sei teilweise mit Wasser gefüllt. In einen der beiden Schenkel wird eine andere Flüssigkeit gegossen, die sich nicht mit Wasser mischt, bis die Oberfläche der Flüssigkeit um den Betrag d 3 cm höher steht als das Wasser im anderen Schenkel. Dessen Meniskus hat sich während des Eingießens um den Betrag l 5 cm gehoben (siehe Skizze). Die Dichte von Wasser beträgt H2O 3 1,0 gcm . Wie groß ist die Dichte Fl der anderen Flüssigkeit? [ 0,77 gcm ]. Aufgabe 3 Zwei gleiche Kugeln mit d 100 mm Durchmesser werden in Wasser eingetaucht. Die erste Kugel ist aus Holz mit einer Dichte von Fl Holz 3 0,80 kgdm 3 3 . Die zweite Kugel ist aus Stahl mit einer Dichte von Stahl 7,85 kgdm . (a) Wie groß ist die Auftriebskraft der Kugel aus Holz? [ F A, Holz 5,14 N ]. (b) Wie groß ist die resultierende Kraft auf diese Kugel? [ F res, Holz 1,03 N]. (c) Wie groß ist die Auftriebskraft der Kugel aus Stahl? [ F A, Stahl 5,14 N ]. (d) Wie groß ist die resultierende Kraft auf diese Kugel? [ F 35,2 N]. res, Stahl Aufgabe 4 3 Um festzustellen, ob ein Gegenstand aus reinem Gold mit der Dichte Au 19,3 gcm ist, wird die Gewichtskraft in Luft F G, L (Auftrieb in Luft ist zu vernachlässigen) und die scheinbare Gewichtskraft in Wasser F festgestellt. Die Dichte von Wasser beträgt Welches Verhältnis G,W G, W H2O 3 1,0 gcm . FG,L f muss sich bei reinem Gold ergeben? [ f 1, 055 ]. F d l l © 2004 Günther Kurz · Alle Rechte vorbehalten · Nur zur privaten Nutzung · Öffentliche und kommerzielle Verwendung und Verbreitung sowie Vervielfältigung nur nach Rücksprache mit dem Autor Grundkurs Physik - 2 - Aufgaben und Lösungen – Strömungslehre KURZ Günther
Aufgabe 5 Der Querschnitt eines Glasrohres, das von Wasser durchströmt wird, verjüngt sich von 2 2 A 1 4 cm auf A 1 1cm . Vor und hinter der Verjüngung sind auf dem Rohr Steigröhrchen aufgesetzt. Im ersten Steigröhrchen steht der Wasserspiegel h 1 1,5 cm hoch. (a) Wie hoch steht das Wasser im zweiten Steigröhrchen, wenn die Strömungsgeschwindigkeit im engen Rohrteil v 2 80 cms ist und die Viskosität des Wassers vernachläs- 1 sigt werden kann? [ h 2 12,0 cm ]. (b) Mit welcher Geschwindigkeit müsste das Wasser im engen Rohr fließen, wenn die Steighöhe im ersten Röhrchen unverändert h 1 1,5 cm , im zweiten jedoch h 2 0 cm 1 wäre? [ v 1,77 m ]. 2 s Aufgabe 6 In eine Wasserleitung soll ein Strömungsmesser (VENTURI-Düse) eingebaut werden, dessen 1 Differenzdruckmanometer beim größten Volumenstrom V max 2,0 ls gerade Vollausschlag p 3000 Pa anzeigen soll. Wie groß muss der Durchmesser d 2 der engsten Stelle gewählt werden, wenn der Leitungsdurchmesser d 1 50 mm beträgt? [ d 2 31 mm ]. Aufgabe 7 Durch ein Rohr mit d 1 70 mm Durchmesser fließt Öl (Dichte 3 0,82 gcm ). Eine VENTURI-Düse verengt das Rohr auf die Hälfte seines Durchmessers. Sperrflüssigkeit im U-Rohr-Manometer ist Quecksilber. Der kleinste ablesbare Höhenunterschied des Manometers ist h min 2 mm , der größte h max 50 mm . Welche Volumenströme V min und V 1 entsprechen diesen Ablesungen? [ V 1 0,8 ls und V 4 ls ]. max Aufgabe 8 Eine Stahlkugel (Radius R 5 mm ; 3 Stahl min 7,87 gcm 3 max ) fällt in einen Bottich, der mit einer Flüssigkeit (Dichte Fl 0,80 gcm ; Viskosität Fl 100 Pa s ) gefüllt ist. Welche Wegstrecke s legt die Kugel im Zeitintervall t 1,0 min zurück? [ s 23,6 cm ]. Aufgabe 9 Durch eine L 100 m lange Rohrleitung (Rohrdurchmesser D 20 mm ) soll Öl (Dichte 3 Öl 0,90 kgdm ; Viskosität Öl 0,01Pa s ) gepumpt werden. Die Strömung soll laminar sein, die Strömungsgeschwindigkeit aber möglichst groß. Welche Leistung P muss die Pumpe haben? [ P 42 W] . © 2004 Günther Kurz · Alle Rechte vorbehalten · Nur zur privaten Nutzung · Öffentliche und kommerzielle Verwendung und Verbreitung sowie Vervielfältigung nur nach Rücksprache mit dem Autor Grundkurs Physik - 3 - Aufgaben und Lösungen – Strömungslehre KURZ Günther
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