Tutorium Physik 2. Fluide

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1 1 Tutorium Physik 2. Fluide SS 16 2.Semester BSc. Oec. und BSc. CH

2 2 Themen 7. Fluide 8. Rotation 9. Schwingungen 10. Elektrizität 11. Optik 12. Radioaktivität

3 3 7. FLUIDE

4 7.1 Modellvorstellung Fluide: Aufgabe (*) 4 Erklären Sie die physikalische Modellvorstellung von Fluiden

5 7.2 Fluide: Aufgabe (*) 6 Was sind Fluide?

6 7.3 Unterschiede Festkörper Fluid: Aufgabe (*) 8 Erklären Sie die Unterschiede zwischen einem Festkörper und einem Fluid

7 7.4 Dichte von LM: Aufgabe (*) 10 Bei welchen LM spielt bei der Zubereitung die Dichte eine wichtige Rolle? Nennen 2 Beispiele

8 7.5 Druck: Aufgabe (*) 12 Wie ist der Druck definiert? Geben Sie die Formel mit den SI-Einheiten in rechteckigen Klammern an.

9 7.6 Dichte: Aufgabe (*) 14 a. Wie ist die Dichte definiert? b. Geben Sie die Formel mit den SI-Einheiten in rechteckigen Klammern an. c. Zeigen Sie, dass kg m 10 g cm 3 3 3

10 7.7 Kompressibilität: Aufgabe (*) 16 Warum werden Gase als kompressibel und Flüssigkeiten inkompressibel bezeichnet?

11 7.8 Wasserdruck: Aufgabe (**) 18 a. Berechnen Sie den Gesamtdruck p in einer Wassertiefe h = 15 m. (Hinweis: H2O = kg/m 3, p o = hpa) b. Um welchen Faktor ist der Druck p in 15 m Wassertiefe höher als der Normaldruck p o?

12 7.9 Kolben: Aufgabe (**) 21 In einem Behälter, der durch einen kreisförmigen Kolben mit einem Durchmesser d = 1 m abgeschlossen ist, befindet sich ein Fluid. Der Behälter soll im Weltraum schweben. Er ist daher vom Vakuum umgeben und nicht der Schwerkraft ausgesetzt. Wie groß ist der Druck p im Fluid in hpa, wenn auf den Kolben eine Kraft F = 150 N einwirkt?

13 7.10 Fluide: Aufgabe (*) 23 Was ist die treibende Kraft bei Fluiden?

14 7.11 Hydrodensitometrie : Aufgabe (**) 25 In der Ernährungswissenschaft wird einen Methode zur Bestimmung des Körperfettanteils angewendet, bei der die zu untersuchende Person in ein Wasserbad steigt und das dadurch verdrängte Wasser sowie die Masseänderung gemessen wird. Wie funktioniert die Methode im Prinzip?

15 7.12 Saftpackung: Aufgabe (**) 27 Eine Saftpackung mit einer Grundfläche von 50 mm 80 mm sowie einer Masse m=1 kg steht auf einer Arbeitsplatte. Wie groß ist der Druck p, den die Saftpackung auf die Arbeitsplatte ausübt?

16 7.13 Highheels: Aufgabe (**) 29 Ihre Freundin hat sich sehr schicke Highheels gekauft. Die Absätze haben einen Durchmesser d = 1 cm. Wie groß ist die Kraft, mit der die Absätze in den Boden drücken, wenn Ihre Freundin eine Masse m = 60 kg hat? (Die Sohlen unter den Ballen dienen lediglich zum Halten des Gleichgewichts. Sie können bei der Rechnung vernachlässigt werden.)

17 7.14 Gartenschlauch: Aufgabe (**) 31 Die Tülle eines Gartenschlauchs hat eine Querschnittfläche A=0,75 cm². Das Wasser im Schlauch steht unter einem Druck p =1,5 Bar. Mit welcher Kraft müssen Sie die Öffnung des Schlauchs mit dem Finger zuhalten, um das Wasser am Ausfließen zu hindern?

18 7.15 Stempel: Aufgabe (**) 33 Durch eine Kraft F=0,6 kn soll in einer abgeschlossenen Flüssigkeit ein Druck p= 4,8 Bar bewirkt werden. a. Berechnen Sie die Fläche, die der Stempel dafür haben muss. b. Warum kommt es dabei nicht auf die Art der Flüssigkeit an?

19 7.16 Quader: Aufgabe (**) Auf einen Quader aus Aluminium mit den Abmessungen l = 5 dm, b = 5 dm, h = 3 dm, der reibungsfrei auf horizontaler Unterlage gleiten kann, wirkt eine Kraft F = 2,00 N. Mit welcher Beschleunigung in m/s² bewegt er sich? Hinweis: Dichte von Aluminium: ρ Al = 2,7 kg/dm³ 36

20 7.17 Würfel: Aufgabe (**) Wie groß ist die Arbeit in J, die nötig ist, um 2 Würfel mit der Dichte ρ = 0,20 g/cm³ aufeinander zu stellen? Die Kantenlänge der Würfel beträgt l = 5,00 dm 38

21 7. 18 Pumpe: Aufgabe (**) Welche Wassermenge in m³ wird durch eine Pumpe mit der Leistung P = 50 kw in t =10 h aus einem Schacht mit der Tiefe h = 400 m gefördert? Verwenden Sie im gesamten Rechenweg die Potenzgesetze! Hinweis: Dichte von Wasser ρ H2O = 1 kg/dm³ 41

22 7.19 Schuhsohle: Aufgabe (**) Mit welchem Druck in kpa belastet ein Mensch, der die Masse m = 75 kg hat und auf beiden Beinen steht, den Boden? Die Fläche einer Sohle sei A = 120 cm². 45

23 7.20 Pfennigabsatz: Aufgabe (**) Welcher Druck in kpa wird auf den waagerechten Boden ausgeübt, wenn eine Dame ihr Gewicht von F = 525 N ganz auf einen ihrer beiden Pfennigabsätze verlagert, dessen Fläche A = 1,50 cm² beträgt. 47

24 7.21 Sektkorken: Aufgabe (**) Wie groß ist der Druck in kpa in einer Sektflasche, in der auf die Fläche des Korkens mit dem Durchmesser d = 2 cm eine Schubkraft F = 150 N wirkt? 49

25 7.22 Kühlschranktür: Aufgabe (**) In einem absolut dichten Kühlschrank hat sich der Druck durch Abkühlen der Luft auf P i = Pa eingestellt. Der äußere Luftdruck beträgt P a = 1.013,0 mbar. Welche Kraft ist zum Öffnen der Kühlschanktür erforderlich, wenn die Türfläche A = 0,75 m² beträgt? 51

26 7.23 Trockenschrank: Aufgabe (**) Im Inneren einen Trockenschrankes herrscht ein Druck, der um 9% unter dem äußeren Luftdruck liegt. Welche Kraft ist zum Öffnen eines Ventiles mit einer durch die Druckdifferenz belasteten Druckfläche von A = 15,0 cm² nötig? Hinweis: Luftdruck P L = hpa 53

27 7.24 Quecksilber: Aufgabe (**) Ein Rohr wird bis zu einer Höhe h = 760 mm mit Quecksilber gefüllt. Auf die Quecksilberoberfläche wirkt ein Luftdruck P 0 = 101,3 kpa. Die Dichte des Quecksilbers beträgt ρ= 13,6 g/cm³. Wie groß ist der Gesamtdruck in kpa am Boden des Gefäßes? 55

28 7.25 Wassertank: Aufgabe (**) Ein Behälter ist bis zur Höhe h = 6,50 m mit Wasser gefüllt. Welcher Druck in kpa herrscht am Boden des Gefäßes? Hinweise: Luftdruck P 0 =101,3 kpa Dichte von Wasser ρ H2O = 1 kg/dm³ 57

29 7.26 Druckkolben: Aufgabe (**) Der von Hand betätigte Druckkolben eines hydraulischen Wagenhebers hat einen Durchmesser d = 2 cm. An ihm wirkt eine Kraft F 1 = 250 N. Welchen Durchmesser in cm muss der Presskolben des Gerätes haben, wenn an ihm eine Kraft F 2 = 15 kn wirken soll? 59

30 7.27 Eisenkugel: Aufgabe (**) Welches scheinbare Gewicht in N hat eine im Wasser liegende Eisenkugel mit einem Durchmesser d = 25,0 cm. Hinweis: Dichte von Eisen ρ(fe)= 7,86 g/cm³ 62

31 7.28 Glaskugel: Aufgabe (**) Welches scheinbares Gewicht in mn hat eine voll in Wasser eingetauchte Glaskugel mit dem Durchmesser d = 10 mm? Hinweis: Dichte von Wasser ρ = 1 g/cm³ Dichte von Glas ρ = 2,6 g/cm³ 65

32 7.29 U-Rohr: Aufgabe (**) In einem U-Rohr steht Wasser, links gegen den Luftdruck P 0 = mbar, rechts gegen ein Vakuum. Wie groß ist der Höhenunterschied in m? Der Dampfdruck des Wassers sei Null. Hinweis: Dichte von Wasser ρ = 1 g/cm³ 68

33 7.30 Wassersäule: Aufgabe (**) Berechnen Sie den Druck, den eine Wassersäule von h = 10,33 m hervorruft. Geben Sie den Druck in mbar an. Hinweis: Dichte von Wasser ρ = 1 g/cm³ 70

34 7.31 Volumen: Aufgabe (**) Die Masse eines Pyknometers beträgt m P = 10,3210 g. Es wird mit Wasser gefüllt. Die Masse beträgt jetzt m ges = 60,3509 g. Berechnen Sie das Volumen des Pyknometers. Hinweis: ρ(wasser) = 0,9980 g/cm³ 72

35 7.32 Dichte: Aufgabe (**) In ein Pyknometer mit der Masse m P = 10,3210 g und dem Volumen V P = 51,1320 cm³ wird Saccharose gefüllt. Die Masse beträgt jetzt m ges = 61,5117 g. Berechnen Sie die Dichte der Saccharose. 74

36 7.33 Würfel: Aufgabe (**) Ein Aluminiumwürfel habe die Seitenlängen l 1 = 10,01 mm, l 2 = 10,00 mm, l 3 = 10,00 mm und die Masse m = 2,702 g. Wie groß ist die Dichte? 76

37 7.34 Bleikugel: Aufgabe (**) Eine Bleikugel wird in einen bis zum Teilstrich 75 ml mit Wasser gefüllten Messzylinder gelegt, wobei der Wasserstand auf 85 ml steigt. Welche Masse in g besitzt die Kugel? Hinweis: ρ(blei) = 11,3 g/cm³ 78

38 7.35 Ideales Gas: Aufgabe (**) Luft mit einem Volumen V 1 = 2,8 m³ und einer Temperatur T 1 = 20,0ºC steht unten einem Druck P 1 = 700 kpa. Berechnen Sie das Volumen, wenn die Temperatur T 2 = 50ºC und der Druck P 2 = 100 kpa beträgt. 80

39 7.36 Komprimierung: Aufgabe (**) Luft mit einem Volumen V 1 = 10m³ und einer Temperatur von T 1 = T 2 = 27ºC steht unter einem Druck von P 1 = 0,11 MPa. Sie soll auf V 2 = 1,0 m³ komprimiert werden. Berechnen Sie den erforderlichen Druck in MPa. 82

40 7.37 Temperatur: Aufgabe (**) Auf Luft mit gleichbleibendem Volumen V = 5 m³ und einer Temperatur T 1 = 27ºC wirkt ein Druck von P 1 = 0,12 MPa. Der Druck soll durch Temperaturerhöhung auf P 2 = 0,40 MPa gebracht werden. Berechnen Sie die erforderliche Temperatur in ºC. 84

41 7.38 Stoffmenge: Aufgabe (**) Berechnen Sie die Stoffmenge eines Gases, das bei einer Temperatur T = 27ºC und einem Druck P = 100 kpa ein Volumen von V = 0,24 m³ einnimmt. Hinweis: Die allgemeine Gaskonstante hat den Wert: R = 8,314 J/(mol K) 87

42 7.39 Gaserwärmung: Aufgabe (**) Luft mit einem Volumen V 1 = 5 m³ und einer Temperatur von T 1 = 27ºC soll bei konstantem Druck P = 0,12 kpa auf eine Temperatur T 2 = 727ºC gebracht werden. Berechnen Sie das Volumen des erwärmten Gases. 89

43 7.40 Benzol: Aufgabe (**) Benzol mit einer Masse m = 0,16 g ergab beim Verdampfen ein Volumen V = 58,60 ml. Es wurden weiterhin ein Dampfdruck p = 96,80 kpa und eine Temperatur T = 296 K ermittelt. Berechnen Sie die molare Masse in g/mol des Benzols! Hinweis=: R = 8,314 J/ mol K 92

44 7.41 Gaskonstante: Aufgabe (**) Unter welchem Druck in kpa steht Luft mit der Masse m = 1,2 kg die bei einer Temperatur T = 17,0ºC ein Volumen V = 0,84 m³ einnimmt? Hinweis: Die allgemeine Gaskonstante hat den Wert: R = 8,314 J/(mol K) Die molare Masse hat den Wert: M = 29 g/mol 95

45 7.42 Gaskonstante: Aufgabe (**) Eine Sauerstoffflasche enthält bei einer Temperatur T = 20ºC und einem Druck P = 120 mbar Sauerstoff mit dem Volumen V = 40 l. Wie groß ist die Masse in kg des abgeschlossenen Gases? Hinweis: Molare Masse M = 32 g/mol, allgemeine Gaskonstante R = 8,314 Nm/(K-mol) 98

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