Aviatik 2013/2
Studiengang Aviatik der ZHAW
Erlaubte Hilfsmittel: Taschenrechner, selbst verfasste Formel- und Beispielsammlung ohne Übungsaufgaben, Wörterbuch für fremdsprachige Studierende. Zusätzlich dürfen Sie zwei Seiten (A4) mit den Modellen mitnehmen, an denen Sie selber im Praktikum mitgearbeitet haben (ein Modell pro Seite). Diese dürfen die physikalische Analyse mit Variablen und Gesetzen, sowie das Flowchart inkl. Formeln enthalten.
Daten:
- Gravitationsfeldstärke = 9.81 N/kg
- Dichte von Wasser = 1000 kg/m3
- Isentropenexponent eines zweiatomigen Gas = 1.4
- molare Wärmekapazität eines zweiatomigen Gases:
- bei konstantem Volumen = 5/2.R
- bei konstantem Druck = 7/2.R
universelle Gaskonstante = 8.314 J/(mol.K)
Aufgabe 1
Ein Wasserstrahl (Querschnitt 20 mm2) trifft genau senkrecht mit einer Geschwindigkeit von 50 m/s auf die Wasseroberfläche eines zu 90 cm gefüllten Gefässes auf (Masse Wasser und Gefäss 20 kg, Querschnitt 0.02 m2). Aus einem Loch im Boden fliesst genau so viel Wasser weg, wie von oben zuströmt. Das auftreffende Wasser beeinflusst das ausströmende Wasser nicht direkt.
- Wie viel Energie pro Zeit wird durch den auftreffenden Wasserstrahl dissipiert (Dissipationsleistung)?
- Wie schnell fliesst das Wasser durch das Loch weg und wie gross muss der Querschnitt des austretenden Strahls sein, damit das Gefäss immer gleich viel Wasser enthält?
- Mit welcher Kraft muss das Gefäss festgehalten werden? Formulieren Sie zuerst die Impulsbilanz.
- Wie viel kinetische Energie pro Zeit (gemessen in Watt) nimmt das wegfliessende Wasser mit? Woher kommt diese Energie? Begründen Sie die Antwort mit Ihren eigenen Worten.