Aviatik 2009/3

Studiengang Aviatik der ZHAW

Erlaubte Hilfsmittel: Taschenrechner, selbstverfasste Formelsammlung

Daten:

• Gravitationsfeldstärke = 9.81 N/kg
• Dichte von Wasser = 1000 kg/m^3>/sup>
• spezifische Wärmekapazität von Wasser = 4.19 kJ/(kg*K)
• spezifische Schmelzenthalpie von Wasser =334 kJ/kg
• universelle Gaskonstante R =8.31 J/(mol*K)
• molare Energiekapazität von Luft = 5/2*R
• molare Enthalpiekapazität von Luft = 7.2*R

Aufgabe 1

Der „Flying Scotsman“ ist ein Zug, der zwischen London und Edinburgh verkehrt. Damit die Strecke schon in den dreissiger Jahren ohne Zwischenhalt befahren werden konnte, rüstete man die Dampfloks mit Schöpfrohren (Skizze) aus. Mit diesen Schöpfrohren konnten die Loks während der Fahrt Wasser aus Trögen entnehmen, die zwischen den Schienen lagen. Eine Lok, die mit 64.8 km/h fährt, benötigt eine Strecke (minimale Länge des Trogs) von 540 m, um 9'000 Liter Wasser über ein Schöpfrohr mit einem offenen Querschnitt 3 dm² aufzunehmen.

1. Mit welcher Geschwindigkeit strömt das Wasser durch das Schöpfrohr?
2. Welche Leistung (Prozessleistung) muss zugeführt werden, um diesen Wasserstrom aus dem Trog auf die geforderte Geschwindigkeit zu beschleunigen?
3. Mit welcher zusätzlichen Kraft muss das untere Ende des Schöpfrohres festgehalten werden, weil das Wasser dort um 45° umgelenkt wird? In welche Richtung muss diese Kraft wirken?
4. Mit welcher Geschwindigkeit würde das Wasser durch das Schöpfrohr fliessen, wenn keine Reibung vorhanden wäre und das Wasser um 3.5 Meter angehoben werden muss?

Hinweis: Wählen Sie für die Teilaufgaben a) c) und d) den fahrenden Zug als Bezugssystem.