Strömungsmechanik im Maschinenbau, Teil II, Strömungsstatik (Fortsetzung)

Letzte Woche haben wir am Beispiel eines Hydraulikwagens über die Grundlagen der Fluidstatik gesprochen. Diese Woche werden wir weiter über Fluidstatik sprechen und ein weiteres Beispiel untersuchen.

Angenommen, Sie haben einen 10 Fuß tiefen Pool und möchten wissen, wie hoch der Druck des Wassers am Boden ist. Ihr gesunder Menschenverstand kann Ihnen sagen, dass der Druck gemessen werden kann, indem Sie das Gewicht des Wassers selbst untersuchen, und Sie wären teilweise korrekt. Es gibt jedoch noch einen weiteren Faktor, den Sie für die Berechnung möglicherweise nicht als signifikant angesehen haben.

Lassen Sie mich an dieser Stelle eine Frage stellen. Wie wir atmen Ihre Antwort hängt direkt mit der Messung dieses Drucks am Boden des Pools zusammen. Sie sehen, entgegen der landläufigen Meinung ist Luft nicht schwerelos, und weil sie Gewicht hat, stößt sie gegen Gegenstände und erzeugt äußeren Druck. Dieser Druck ist als atmosphärischer oder Luftdruck bekannt. Wenn Sie atmen, ermöglicht Ihr Zwerchfell, das von einem Muskel bewegt wird, dass sich die Lungenhöhlen entsprechend ausdehnen oder zusammenziehen. Wenn das Zwerchfell abgesenkt wird, nimmt das Volumen der Lungenhöhlen zu, so dass der atmosphärische Druck in ihrer Umgebung schnell ansteigen kann, um den geschaffenen Raum zu füllen.

In diesem Sinne wurde vor einiger Zeit entdeckt, dass wir zur Bestimmung des Drucks an einem bestimmten Punkt innerhalb eines Gewässers nicht nur die Tiefe des Wassers selbst berücksichtigen müssen, sondern auch die darüber liegende Atmosphäre, die nach unten drückt. darin. Dies ist in Abbildung 1 dargestellt.

Schwimmbad

Abbildung 1 – Ein mit Wasser gefüllter Pool

In Gleichungsform sieht diese Beziehung folgendermaßen aus:

P = (Atmosphärendruck) +

(Das spezifische Gewicht des Wassers) x (Die Tiefe des Wassers)

Nun ist bekannt, dass der atmosphärische Druck auf Meereshöhe etwa 14,7 Pfund pro Quadratzoll beträgt. Nehmen wir also an, dies ist der Druck, der in unserem Beispiel durch das Gewicht der Luft auf die Wasseroberfläche ausgeübt wird.

Betrachtet man die zweite Komponente unserer Gleichung, Wasser, so bleibt sein spezifisches Gewicht konstant bei etwa 0,036 Pfund Kraft pro Kubikzoll. Jetzt bleibt nur noch eines zu tun, bevor wir unsere Gleichung lösen, nämlich die Wassertiefe von Fuß in Zoll umzurechnen. Dies sollte so erfolgen, dass die Einheiten der Tiefe (Zoll) mit den Einheiten des spezifischen Gewichts (Pfund Kraft pro Kubikzoll) in unserer Berechnung übereinstimmen. Daher würde die Wassertiefe 10 Fuß mal 12 Zoll pro Fuß oder 120 Zoll betragen. Jetzt können wir zu unserer Gleichung zurückkehren, diese Werte einfügen und nach dem Druck am Boden des Pools suchen:

P = 14,7 lbf / in2 + (0,036 lbf / in.3) x (120 Zoll) = 19,02 lbf / Zoll.2 = 19,02 psi,

wobei “psi” eine Abkürzung für Pfund pro Quadratzoll ist.

Beachten Sie, dass der Druck am Boden des Pools nicht davon abhängt, wie breit oder lang der Pool ist. Es kommt nur auf seine Tiefe an. Dies bedeutet, dass je tiefer Sie in ein Gewässer eintauchen, desto mehr Gewicht des Wassers auf Sie drückt – das heißt, der Wasserdruck steigt an. Dies ist der Grund, warum U-Boot-Rümpfe zum Kollabieren neigen, wenn sie zu untergetaucht sind. Der Wasserdruck von oben wird im Vergleich zum Luftdruck im U-Boot zu hoch, und das Metall seines Rumpfes spannt sich bis zum Bruch. Es ist, als würde man ein Ei in die Hand drücken.

Dies fasst die Dinge zum Thema Fluidstatik zusammen. Nächste Woche werden wir unsere Reihe über Strömungsmechanik fortsetzen und über Strömungsmechanik sprechen. In diesem Bereich der Strömungsmechanik bewegen sich Flüssigkeiten wie Wasser, das sich durch Rohre bewegt, und Luft, die über die Tragflächen eines Flugzeugs strömt.

_________________________________________________________________

Rahmen

About admin

Check Also

Maschinenbau, nicht nur Zahnräder

Als ich ein Kind war, hatte ich einen Freund, der dachte, dass jeder, der behauptete, …

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *