1 Hydromechanik Einführung (V1)

Question 1

Wasser der Erde [km^3]

davon [%]

• Meerwasser
• Grundwasser
• Seen&Flüsse
• Atmosphäre
• Biologisches Wasser

Answer 1

1386 •10^6 km^3

Meer:              96,5% + 1,74% (gefroren)
Grund:            1,73%
Seen/Flüsse:  0,02%
Atmosphäre: 0,001%
Biologisch:     0,0001%

Question 2

physikalische Eigenschaften des Wassers

Dichte

• Formel
• Einflüsse

Answer 2

ρ.w = m/V [kg/m^3]

Einflüsse:
Salzgehalt, Schwebstoffgehalt
(kein Salz: 1000, Totes Meer ca30% 1220)
(Flusswasser bis 1100)
Temperatur (Dichtesprung ρ.max bei 4C für 0% Salz)

Question 3

physikalische Eigenschaften des Wassers

Kompressibilität

Praxis
Ausnahme

Answer 3

Praxis: Wasser ist inkompressibel!

Ausnahme: V = f(p)

Question 4

physikalische Eigenschaften des Wassers: Kompressibilität

Vereinfachung: inkompressibel

• ε
• 10m Wassersäule= ?bar

(Welcher p notw., um Wasser um 1% zu komprimieren?)

Answer 4

Δp = ε • E.w = ΔV/V₀•E.w

Elastizitätsmodul Wasser:
E.w = 21000bar = 2,1•10^3 MN/m^2

1bar ≙ 10m Wassersäule

(mit ΔV/V₀ = 0,01 => 200bar=p.erf)

Question 5

physikalische Eigenschaften des Wassers

Kompressibilität
- Annahme für Hym1

Answer 5

Wasser ist inkompressibel

Question 6

physikalische Eigenschaften des Wassers

Viskosität
- Definition

Answer 6

Viskosität:
Eigenschaft von Fluiden, beim Verformen Spannung aufzunehmen, die von der Verformungsgeschwindigkeit abhängt.

Je dickflüssiger/zäher, desto viskoser.

Question 7

Fluid Definition

Answer 7

„Die Bezeichnung Fluid ist der Oberbegriff für Gase und Dämpfe (kompressibel) sowie Flüssigkeiten (inkompressibel), welche dem Fließgesetz oberhalb der Fließgrenze unterliegen (DIN 1342).“

In physics, a fluid is a liquid, gas, or other material that continuously deforms (flows) under an applied shear stress, or external force. They have zero shear modulus, or, in simpler terms, are substances which cannot resist any shear force applied to them.

Als Fluid (von lateinisch fluidus ‚fließend‘) werden Substanzen bezeichnet, die sich unter dem Einfluss von Scherkräften kontinuierlich verformen, d. h. sie fließen. Der Schubmodul idealer Fluide ist null.
In der Physik werden Gase und Flüssigkeiten unter dem Begriff Fluide zusammengefasst.[1] Viele physikalische Gesetze gelten für Gase und Flüssigkeiten gleichermaßen, denn sie unterscheiden sich in manchen Eigenschaften nur quantitativ (in der Größenordnung des Effekts), aber nicht qualitativ.
Die Strömungslehre bezeichnet jede Substanz als Fluid, die einer genügend langsamen Scherung keinen Widerstand entgegensetzt (endliche Viskosität).[2] In diesem Sinne umfasst der Begriff außer Materie im flüssigen und gasförmigen Aggregatzustand auch Plasma, Suspensionen und Aerosole.
Reale Fluide werden eingeteilt in
Newtonsche Fluide: sie lassen sich durch die Navier-Stokes-Gleichungen beschreiben;
Nichtnewtonsche Fluide: ihr Verhalten ist komplexer und wird in der Rheologie behandelt.
Aufgrund ihrer Oberflächenspannung bilden Flüssigkeiten eine freie Oberfläche. Bei Gasen ist dies nicht der Fall.
Viskoelastische Stoffe sind ein Sonderfall von Flüssigkeiten, die sich unter gewissen Umständen wie ein elastischer Feststoff verhalten.

Question 8

physikalische Eigenschaften des Wassers

Oberflächenspannung und Kapillarität

• Formel Oberfl.sp.
• Erklärung

Answer 8

Oberflächenspannung σ
σ = ΔW/ΔA

Wassermoleküke ziehen sich durch Kohäsionskräfte F.K an. Im Innern einer Flüssigkeit heben diese sich auf. An der Grenzflüche zu Luft überwiegen nach innen wirkende Kräfte (σ versucht, die Oberfläche zusammenzuziehen). Sollen Flüssigkeitsteilchen aus dem Innern entfernt werden, ist Arbeit ΔW zur ΔA (Vergrößerung der Oberfläche) erforderlich.

Question 9

physikalische Eigenschaften des Wassers

Oberflächenspannung und Kapillarität

• Formel für σ bei Kontakt von Wand, Flüssigkeit, Gas

Answer 9

σ(Gas-Wand) - σ(Flüss-Wand)
= σ(Gas-Flüss) - cos(α)

Grenze:
α < 90 Benetzung der Wand (A konkav)
α > 90 keine ‘’ (A konvex)

Question 10

physikalische Eigenschaften des Wassers

Oberflächenspannung und Kapillarität

• Depression | kapillare Steighöhe

Answer 10

Deoression: 
Bsp. Quecksilber-Luft: 
α.Flüss. >90 
=> konvex 
=> h.kap liegt tiefer als h, p.kap tiefer

Bsp. Wasser-Luft:
α.Flüss. > 90
=> konkav
=> h.kap höher als h, p.kap höher

Question 11

physikalische Eigenschaften des Wassers

Oberflächenspannung und Kapillarität

Berechnung der Kapillaren Steighöhe
(Formeln)

Answer 11

F.G = F.kap

[(π•d.kap^2 /4) • h.kap ] •ρ.w•g
= σ • π •d.kap

=> h.kap = 4σ / ρ.w•g•d.kap

Question 12

physikalische Eigenschaften des Wassers

Oberflächenspannung und Kapillarität

Kapillare Steighöhen von

• Kies
• Sand
• Ton

Answer 12

h. kap (Kies) < 3mm
h. kap (Sand) = 20mm bis 80mm
h. kap (Ton) = bis 400mm

Question 13

physikalische Eigenschaften des Wassers

Oberflächenspannung und Kapillarität

Sonderfall:
Berechnung der Kapillaren Steighöhe für Spalt mit Rechteck-Querschnitt
(Formeln)

Answer 13

F.G = F.kap

[a•b• h.kap] •ρ.w•g
= σ • π • (a•b)/2

=> h.kap = π•σ / 2•ρ.w•g

Question 14

Zweige der Technischen Mechanik

Answer 14

0_Technische Mechanik

1Festkörpermechanik 2 Fluidmechanik 3_ Rheologie

1. 1_Kinematik 1.2_Dynamik
2. 1_Hydromechanik 2.2_Luft&Gasmechanik
3. 1.1_Hydrostatik 2.2.2_Hydrodynamik