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2017 | OriginalPaper | Chapter

10. Bewegungen in Flüssigkeiten und Gasen

Authors : Klaus Lüders, Professor Dr. Robert Otto Pohl

Published in: Pohls Einführung in die Physik

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

1. Zwischen Flüssigkeiten und Gasen besteht ein durch die Ausbildung der Oberfläche bedingter Unterschied. Trotzdem ließen sich die Erscheinungen in ruhenden Flüssigkeiten und Gasen in vielem gleichartig behandeln. – Bei der Bewegung in Flüssigkeiten und Gasen kann man in der einheitlichen Behandlung noch weiter gehen. Bis zu Geschwindigkeiten von etwa 70 m/s kann man beispielsweise Luft getrost als eine nicht kompressible Flüssigkeit betrachten, denn diese Geschwindigkeit ist noch klein gegen die Schallgeschwindigkeit in Luft (340 m/s, vgl. Abschn. 14.10). Wir werden in diesem Kapitel der Kürze halber das Wort Flüssigkeit als Sammelbegriff benutzen. Es soll Flüssigkeiten mit und ohne Oberfläche umfassen.
2. Bei hohen Geschwindigkeiten werden die Gase zusammengedrückt, und dabei wird ihre Temperatur geändert. Vorgänge dieser Art lassen sich nicht ohne die Begriffe der Wärmelehre behandeln. Sie folgen daher erst in Abschn. 18.7.
3. In der Mechanik fester Körper werden die Bewegungen in den grundlegenden Experimenten zwar quantitativ durch Reibung mehr oder weniger gestört, aber nicht qualitativ geändert. Daher haben wir die Reibung anfänglich als eine Nebenerscheinung beiseitegelassen und erst in den Abschn. 8.9 und 8.10 quantitative Angaben über Reibung gebracht. – Bei der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen hingegen wird selbst der qualitative Ablauf der Erscheinungen ganz entscheidend durch die Reibung beeinflusst. Infolgedessen verfahren wir anders als bei den festen Körpern. Wir stellen eine quantitative Behandlung der Reibung an den Anfang und behandeln zunächst Bewegungen unter entscheidender Mitwirkung der Reibung.

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Footnotes
1
Abends „schläft der Wind ein“ (aber nur in Bodennähe!). – Grund: Die turbulente Bewegung hebt kältere und daher dichtere bodennahe Luft nach oben und verdrängt dabei wärmere Luft kleinerer Dichte nach unten. Beides erfordert Arbeit. Sie wird auf Kosten der kinetischen Energie der Luft verrichtet.
 
2
Für Beobachtungen auf dem Wandschirm genügt die feste, in Abb. 10.8 skizzierte Aufstellung des Troges. Das Auge folgt dem Körper, und daher sieht es die Flüssigkeit am Körper vorbeiströmen.
 
3
Abgesehen von dem in Gl. (10.20) behandelten Sonderfall.
 
4
Zum Herstellen und Aufrechterhalten eines Wirbels in Wasser genügt es, den Zylinder um seine Längsachse in Rotation zu versetzen. Die Dicke seiner Grenzschicht wächst unbegrenzt mit der Zeit (Gl. (10.3)). Dabei nähert sich die Geschwindigkeitsverteilung mit wachsendem Abstand von der Oberfläche des Zylinders mehr und mehr der eines drehungsfreien Wirbelfeldes (also rot u = 0). – In Luft mit ihrer sehr kleinen dynamischen Viskosität werden Wirbel mit dem in der Bildunterschrift von Abb. 10.36 beschriebenen Verfahren hergestellt (s. Abb. 10.37).
 
5
Der Rückstoß ausgestoßener Wasserwirbel dient den Glockenquallen zum Antrieb.
 
6
Für Überschlagsrechnungen merke man sich als brauchbare Näherungen: Querkraft \(F_{\mathrm{a}}=\frac{1}{3}\varrho u^{2}A\) und Widerstand \(F_{\mathrm{w}}\approx 1\) bis 10 % von F a (\(A=\) Fläche von Platte oder Flügel).
 
Metadata
Title
Bewegungen in Flüssigkeiten und Gasen
Authors
Klaus Lüders
Professor Dr. Robert Otto Pohl
Copyright Year
2017
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-48663-4_10

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