Wasserfall: Unterschied zwischen den Versionen

Zeile 15: Zeile 15:
   
 
==Impuls==
 
==Impuls==
Prallt ein Auto frontal gegen ein zweites, fliesst ein (zeitabhäniger) Impulsstrom vom Auto mit der gösseren Geschwindigkeit zum Fahrzeug mit der kleineren Geschwindigkeit. Gross und klein sowie die Richtung des [[Impuls]]stromes hängen von der Wahl der positiven Bewegungsrichtung ab. Mechanische Prozesse längs einer Geraden stellt man mit Vorteil im [[Flüssigkeitsbild]] dar.
+
Prallt ein Auto frontal gegen ein zweites, fliesst ein (zeitabhäniger) [[Impuls]]strom vom Auto mit der gösseren Geschwindigkeit zum Fahrzeug mit der kleineren Geschwindigkeit. Gross und klein sowie die Richtung des Impulsstromes hängen von der Wahl der positiven Bewegungsrichtung ab. Mechanische Prozesse längs einer Geraden stellt man mit Vorteil im [[Flüssigkeitsbild]] dar.
   
 
#Legt man quer zum Impulsstrom eine Schnitt- oder Referenzfläche, kann dem Impulsstrom ein Energiestrom zugeordnet werden. Die Stärke des Energiestromes ist gleich Impulsstromstärke bezüglich der Fläche mal materielle Geschwindigkeit der Fläche.
 
#Legt man quer zum Impulsstrom eine Schnitt- oder Referenzfläche, kann dem Impulsstrom ein Energiestrom zugeordnet werden. Die Stärke des Energiestromes ist gleich Impulsstromstärke bezüglich der Fläche mal materielle Geschwindigkeit der Fläche.

Version vom 28. November 2006, 09:50 Uhr

Urbild

Der Wasserfall liefert das Urbild für eine ganze Klasse von grundlegenden Vorgängen in der Natur. Im Wasserfall setzt das Wasser Energie frei. Die Prozessleistung ist proportional zur Fallhöhe und proportional zur fallenden Wassermenge pro Zeit. Bezieht man das Gravitationspotenzial auf Meereshöhe, kann das Bild vervollständigt werden:

  1. Jeder Fluss führt einen Energiestrom mit sich. Dieser Energiestrom ist gleich dem Produkt aus Gravitationspotenzial und Massenstromstärke.
  2. Durchfällt der Fluss eine Höhendifferenz, setzt er eine Prozessleistung frei. Diese Prozessleitsung ist gleich Potenzialdifferenz mal Massenstromstärke.

Im homogenen Gravitationsfeld ist das Potenzial gleich Höhe mal Gravitationsfeldstärke. Fällt das Wasser unkontrolliert über die Höhenstufe, wird mit Hilfe der freigesetzten Prozessleistung Entropie produziert.

Volumen

Das Wasserfallbild kann auf den hydrodynamischen Prozess übertragen werden. Dazu muss der Massenstrom durch den Volumenstrom und das Gravitationspotenzial durch den Druck ersetzt werden.

  1. In einer Druckleitung wird unter anderem ein Energiestrom transportiert. Dieser Energiestrom ist gleich dem Produkt aus Druck und Volumenstromstärke. Wie bei der Gravitation hängt die Stärke des mittransportierten Energiestromes von der Wahl des Potenzialnullpunktes (Bezugssystem für den Druck) ab.
  2. Durchfällt der Volumenstrom eine Druckdifferenz, setzt er eine Prozessleistung frei. Diese Prozessleitsung ist gleich Druckdifferenz (gemessen in Pascal) mal Volumenstromstärke (gemessen in Kubikmeter).

elektrische Ladung

Elektrische Ladung kann nur in ganz kleinen Mengen gespeichert werden. Folglich werden Geräte vom elektrischen Strom durchflossen. Deshalb kommt dem Begriff des zugeordneten Energiestromes in der Elektrizität keine grosse Bedeutung zu. Umso wichtiger ist der Begriff der Prozessleistung. Durchfällt der elektrische Strom eine Spannung (Potenzialdifferenz), wird eine Prozessleistung freigesetzt, die gleich Spannung mal Stromstärke ist. Diese Beziehung gilt auch bei schnell wechselnden Stromstärken und sich schnell ändernden Spannungen.

Impuls

Prallt ein Auto frontal gegen ein zweites, fliesst ein (zeitabhäniger) Impulsstrom vom Auto mit der gösseren Geschwindigkeit zum Fahrzeug mit der kleineren Geschwindigkeit. Gross und klein sowie die Richtung des Impulsstromes hängen von der Wahl der positiven Bewegungsrichtung ab. Mechanische Prozesse längs einer Geraden stellt man mit Vorteil im Flüssigkeitsbild dar.

  1. Legt man quer zum Impulsstrom eine Schnitt- oder Referenzfläche, kann dem Impulsstrom ein Energiestrom zugeordnet werden. Die Stärke des Energiestromes ist gleich Impulsstromstärke bezüglich der Fläche mal materielle Geschwindigkeit der Fläche.
  2. Zwischen zwei Referenzflächen setzt der Impulsstrom eine Prozessleistung um, die gleich Geschwindigkeitsdifferenz mal Impulsstromstärke ist.

Die Impulsstromstärke bezüglich einer Fläche nennt man auch Kraft bezügich dieser Fläche. Weil jede Fläche auf zwei Seiten orientiert werden kann, darf jede Impulsstromstärke mit zwei Kraftpfeilen dargestellt werden. In der technischne Mechanik nennt man die Orientierung der Fläche auch Schnittufer. Legt man den Schnitt zwischen zwei Körper, bezieht sich jeder der beiden Kraftpfeile auf einen der beiden Körper und beide Kräfte bilden zusammen ein Wechselwirkungspaar.

Der zugeordnete Energiestrom und die Prozessleistung können für jede der drei Komponenten des Impulses getrennt formuliert werden. Fasst man alle drei Terme zusammen, erhält man das gegenüber Koordinatentransformationen invariante Skalarprodukt für den zugeordneten Energiestrom oder die Prozessleistung. Der zugeordnete Energiestrom heisst dann auch Leistung einer Kraft.

Drehimpuls

Verbindet man zwei auf einer gemeinsamen Achse gelagerte Schwungräder miteinander, fliesst Drehimpuls vom schneller drehenden zum lansamer drehenden Schwungrad, bis beide gleich schnell sind.

Entropie

Stoffmenge

Formeln