3 Mechanik von Flüssigkeiten und Gasen 14 - Medi

3 Mechanik von Flüssigkeiten und Gasen
FA = FG  Körper schwebt
FA > FG  Körper steigt oder schwimmt an
der Oberfläche
FA < FG  Körper sinkt
3.2
3
Ein Skifahrer übt weniger Druck auf den Schnee aus als ein
Fußgänger mit derselben Masse, weil die Auflagefläche der Ski
größer ist als die der Schuhe.
Die Definition für den mechanischen Druck lässt sich auch auf
Flüssigkeiten oder Gase anwenden.
Strömungslehre
Der menschliche Blutkreislauf ist im Wesentlichen ein System aus einer Pumpe und verschieden dicken Rohren, durch die eine Flüssigkeit strömt. Im Physikum kommen deshalb
häufig Aufgaben zur Strömungslehre vor.
3.2.1 Volumenstromstärke
Abb. 8: Mechanischer Druck
medi-learn.de/6-phy-8
3.1.4 Auftrieb
Taucht ein Körper mit der Masse m und dem
Volumen V in eine Flüssigkeit mit der Dichte
ρ ein, wirken zwei Kräfte auf den Körper: Die
Gewichtskraft FG = m ∙ g
zieht ihn nach unten und die Auftriebskraft
FA = ρ ∙ g ∙ V = mFlüssigkeit ∙ g
zieht ihn nach oben. Die Auftriebskraft ist die
Gewichtskraft des durch den Körper verdrängten Flüssigkeitsvolumens und nur vom Volumen des Körpers und der Dichte der Flüssigkeit abhängig.
Das Verhältnis von Auftriebskraft und Gewichtskraft entscheidet darüber, ob ein Körper schwimmt:
Die mittlere Volumenstromstärke I ist definiert
als Flüssigkeitsvolumen, das pro Zeit t an einem Punkt vorbeifließt:
V
I=
t
Übrigens ...
Für Flüssigkeitsströmungen gilt genau
wie für den elektrischen Strom:
Igesamt = I1 + I2 (s. 6.3.4, S. 26). Die Gesamtstärke zweier parallel geschalteter Rohre ist also die Summe der Einzelstromstärken.
3.2.2 Strömungsgeschwindigkeit
Die Volumenstromstärke lässt sich auch durch
die Strömungsgeschwindigkeit v und die
Querschnittsfläche A des Rohrs ausdrücken:
I=v∙A
In vielen Aufgaben musst du die Fläche für einen kreisförmigen Rohrquerschnitt aus dem
Durchmesser d oder Radius r berechnen:
AKreis = π ∙ r2 = π ∙ (½ ∙ d)2
Steht der Kolben still, ist der äußere Druck (Kraft pro Kolbenquerschnittsfläche) gleich dem inneren Druck der Substanz.
Abb. 9: Mechanischer Druck auf Flüssigkeiten/Gase
medi-learn.de/6-phy-9
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3.2.3 Kontinuitätsgleichung
Wenn eine Flüssigkeit kontinuierlich durch ein
unverzweigtes Rohr strömt, ohne dass sie verdichtet wird oder der Flüssigkeitsstrom zwischendurch abreißt, muss die Volumenstromstärke konstant bleiben: I1 = I2