Physik II an der LMU München

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Was versteht man unter Hydrostatik bzw. Welche Berechnungsfaktoren brauch man?

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Was benötigen wir zur Berechnung einer "realen" Flüssigkeit?

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Was versteht man unter einer idealen Flüssigkeit?

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Definition von Druck

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Kohäsionskräften

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Was wird im Versuch mit der Dopplersonographie ermittelt? (Kontinuitätsgleichung)

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Oberflächenspannung

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Kapillarität

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Archimedisches Prinzip

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Wann schwimmt ein Körper?

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Wie ändert sich die Auftriebskraft, wenn ich den Radius eine kugelförmigen Gegenstandes, der sich in Wasser befindet, verdreifache?

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Was versteht man unter inkompressibel?

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Physik II

Was versteht man unter Hydrostatik bzw. Welche Berechnungsfaktoren brauch man?
= ruhende, inkompressible Flüssigkeit welche die Verteilng von Drucj und Kräften beschreibt.

Druck p
Kraft F

Physik II

Was benötigen wir zur Berechnung einer "realen" Flüssigkeit?
Volumen V
Maß m
Dichte p
Viskosität

Physik II

Was versteht man unter einer idealen Flüssigkeit?
Wenn KEINE Reibung (n=o)
KEINE Oberflächeneffekte vorhanden sind.

Denn dann sind Moleküle innerhalb dieser Flüssigkeit FREI verschiebbar und dadurch: KONSTANTER DRUCK im gesamten Volumen

Physik II

Definition von Druck
= Qutient der Kraft F welche SENKRECHT auf Fläche A einwirkt

Physik II

Kohäsionskräften
Kräfte, die untereinander zwischen den Molekülen einer Flüssigkeit herrschen

Physik II

Was wird im Versuch mit der Dopplersonographie ermittelt? (Kontinuitätsgleichung)
Erfassen der der Fließgeschwindigkeiten eines Wasserkreislaufs mit unterschiedlichen Röhrendicken.

Hierbei wird die sog. Kontinuitätsgleichung überprüft.

Kontinuitätsgleichung:
Formerhaltungssatz

Physik II

Oberflächenspannung
Notwendige Kraft pro Kontaktlänge welche die Kohäsion gewährleistet:

d = F/l = J/m^2 = N/m
= dW/dA

Arbeit dW, die pro Fläche dA geleistet werden muss, um die Oberfläche der Flüssigkeit zu vergrössern

Im Innern:
Aufhebung der Kohäsionskräfte

An Oberfläche:
Fehlen der nach außen gerichteten Kräfte ->
Entstehen einer resultierenden Kraft ins Flüssigkeitsinnere = Oberflächenspannung s

Physik II

Kapillarität
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

Kapillarität
im weitesten Sinne alle durch Oberflächenspannungen bewirkten physikalischen Erscheinungen; im engeren Sinne der Effekt, der bei Flüssigkeiten in engen Hohlräumen fester Körper (oder Kapillaren) und in Poren auftritt: je nach Art der Flüssigkeit beobachtet man ein Aufsteigen (kapillare Hebung oder Kapillaraszension) bzw. Absinken (kapillare Senkung oder Kapillardepression) der Flüssigkeit in der Kapillare gegenüber dem äusseren Flüssigkeitsspiegel. Unter der (meistens erfüllten) Annahme, dass die Gestalt der Flüssigkeitsoberfläche in der Kapillare vom Radius kugelförmig mit Radius r ist, gilt (s. Abb.) = r cos a, und aus dem Laplaceschen Gesetz folgt die Existenz eines Druckes

in Richtung des Krümmungsmittelpunktes (sKF: Grenzflächenspannung zwischen Kapillare und Flüssigkeit). Dieser muss im Gleichgewicht vom Schweredruck p = rgh kompensiert werden. Deshalb kommt es je nach Grösse des Kontaktwinkels a entweder zu einer Kapillaraszension für benetzende Flüssigkeiten (z.B. Wasser in Glas) oder einer Kapillardepression für nicht benetzende Flüssigkeiten (z.B. Quecksilber in Glas). Die Steighöhe ergibt sich zu
.
Aus dem Verhältnis von Gravitationskraft und Grenzflächenspannung lässt sich eine Länge

berechnen. Für Kapillaren, die dünner als lK sind, wird die Wirkung der Kapillarität eine Rolle spielen. Für Wasser ist lK » 2 mm, für Quecksilber ungefähr 3 mm.
Die Kapillarität ist die Ursache sehr vieler natürlicher und technischer Alltagserscheinungen: Fliessen von Wachs im Docht, von Lötzinn in der Litze und von Tinte im Füller; Wassertransport und Blütenbewegungen von manchen Pflanzen.
Weitere Kapillareffekte sind die Kapillarkondensation, die Zunahme des Dampfdruckes mit der Abnahme des Radius bei kleinen Tröpfchen oder das Aufsaugen von Flüssigkeiten durch einen Schwamm oder durch Löschpapier.

Kapillarität: Zur Herleitung der kapillaren Steighöhe.

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Kapillarelektrophorese

Kapillaritätsgesetz

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Physik II

Archimedisches Prinzip
Der Auftrieb eines Körpers in
einem Medium ist gleich der
Gewichtskraft des von dem
Körper verdrängten Mediums.

FA = pFl*VK*g

———————————————————————————————————
Satz von Archimedes, von Archimedes um 250 v.Chr. gefundene Gesetzmäßigkeit: Gewicht eines in ein Gas oder eine Flüssigkeit eingetauchten Körpers scheinbar um das Gewicht der von ihm verdrängten Gas- bzw. Flüssigkeitsmenge verringert.
Der Körper erfährt damit einen hydrostatischen Auftrieb FA gemäß

FA= (pK-pFl)*gV

wenn rK und rFl die Dichten des Gases bzw. der Flüssigkeit und des Körpers, g die Erdbeschleunigung und V das Volumen des Körpers sind.

Physik II

Wann schwimmt ein Körper?
Wenn Verhältnis der Dichten Köper/ Medium:
pK < pFl

Physik II

Wie ändert sich die Auftriebskraft, wenn ich den Radius eine kugelförmigen Gegenstandes, der sich in Wasser befindet, verdreifache?
Die Auftriebskraft entspricht der Gewichtskraft der verdrängen
Flüssigkeitsmenge und hängt damit vom Volumen des Gegenstandes
ab.
Wird der Kugelradius verdreifacht,
so wird das Volumen (∝r^3) um einen Faktor 3³= 27 erhöht.

Die Auftriebskraft erhöht sich damit ebenfalls um einen Faktor von 27.

Physik II

Was versteht man unter inkompressibel?
konstanten Druck
p = konstant
Gradient

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