möchte meiner tochter bei physik helfen und kanns nicht. wer kennt sich mit sowas aus?
ein bergbach transportiert in 3 sekunden 240 liter wasser. das wasser strömt dabei mit der geschwindigkeit 1,5 m/s. berechne die querschnittsfläche des bachbetts an der messstelle.
In 3 sec fließen 240lWasser=240dm3 in 1sec=240/3=80dm3 Die Fläche=Volumen/Länge des Wasserstromes, hier 1,5m=15dm also 80/15=5,33333dm2 Oder in Formel F=V/sxv Wobei s=Zeiteinheit,V=Volumen,v=Geschwindigkeit,F= Querschnitt
Oder in cbm bzw qm 240 L/3 sec entspricht 80 l/sec entspricht 0,08 cbm/sec Bei einer Fließgeschwindigkeit von 1,5 m/sec ergibt sich ein Querschnitt von 0,05333 qm (0,08/ 1,5) Gegenprobe 0,05333 qm*1,5 m/sec ergibt 0,08 cbm/sec
Bin viel zu faul um nachzurechnen. Aber aus Erfahrung weiß ich, daß kein Ergebnis 53.333PeriodePfennigfuchserei ist. Das Ergebnis ist 19, 25, oder 53. Man muß kürzen können, bis der bullshit weg ist. Physikunterricht hat doch mit dem wirklichen Leben nichts zu tun.
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nachdem nun alles klar ist, möchte ich noch meinen Schnaps dazu geben.
5 dm³ ist ja nun nicht gerade viel an Querschnitt. Ein Handbreit tief und einen halben Meter breit. Also ein großer Schritt drüber und fertig.
Nun heißt es, der Bach ströme mit 1,5 m/s. Ok! Ist das jetzt viel oder ist das wenig? Dazu berechnen wir den Staudruck, bzw. die theoretische Fallhöhe, die zu dieser Geschwindigkeit führt - reibunsfreie Strömung verrausgesetzt.
Delta p = w²/2 x rho | mit w = 1,5 m/s, rho = 1000 kg/m³
Delta p = 1125 N/m², das sind 11,25 mbar => sozusagen ein Püsterchen, sonst nichts. Ich muß einen Tropfen Wasser aus einer Höhe von 11,25 cm fallen lassen, damit er diese Geschwindigkeit bekommt. Ich kann durch meiner Lunge Kraft, einen solchen Druck bequem aufhalten.
So! Meine Frage dazu lautet jetzt: kann ein solcher Bach Bergbach genannt werden? Wo fließt diese Bergbächlein ? Vielleicht in Ostfriesland? Wieviel Steine pro Meter liegen im Flußbett, damit die Geschwindigkeit so stark abgebremst wird.
Aufgabe an den Physiklehrer: Bestimmen Sie mit Hilfe einer Zaunlatte und eines Zollstockes die Fließgeschwindigkeit eines Gewässers!
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Nächster Schnaps:
ganz ernsthaft wurde ich gefragt im alt. Energieforum, wieviel Energie man aus einem Bach mit gegebenen Geschwindigkeiten, Querschnitten etc. holen kann.
Im vorliegenden Fall ist es ganz einfach, die max. mögliche Energie zu berechnen - auch wenn sie sich freilich technisch nicht vollkommen umsetzen läßt. Der Staudruck wird mit der Fließmenge multipliziert:
1125 N/m² x 0,08 m³/s => 90 Nm/s oder auch 90 Watt. Wenn man jetzt listig baut und die Energie möglichst gut nutzt, könnte man es schaffen, damit ein Birnchen von vielleicht 40 Watt zu betreiben
Mit dem Birnchen erhellt man dann die Umgebung
Aufgabe an den Physiklehrer: bestimmen Sie mit Hilfe einer Zaunlatte, einem Zollstock und einem Internet-Forum den maximalen Energieinhalt eines fließenden Gewässers!
Zitat von WännäNächster Schnaps: ganz ernsthaft wurde ich gefragt im alt. Energieforum, wieviel Energie man aus einem Bach mit gegebenen Geschwindigkeiten, Querschnitten etc. holen kann. Im vorliegenden Fall ist es ganz einfach, die max. mögliche Energie zu berechnen - auch wenn sie sich freilich technisch nicht vollkommen umsetzen läßt. Der Staudruck wird mit der Fließmenge multipliziert: 1125 N/m² x 0,08 m³/s => 90 Nm/s oder auch 90 Watt. Wenn man jetzt listig baut und die Energie möglichst gut nutzt, könnte man es schaffen, damit ein Birnchen von vielleicht 40 Watt zu betreiben
Bei solch gringen Durchflussraten nutzt man ja auch nicht die kinetische Energie des Wassers, sondern die potentielle indem man es über ein Wasserrad leitet. Bei einem (realistischen) Wirkungsgrad von 75% und einem Raddurchmesser von 10 m kann man dem Bach dann eine Leistung von immerhin
P = 75% * m * g * h / t = 0.75 * rho * (V/t) * g * h = 0.75 * 1000 kg/m^3 * 0.08 m^3/s * 9.8 m/s^2 * 10 m = 5.9 kW
entnehmen. Frage an die Verfahrenstechniker: Welchen Durchmesser brauchst das Rad, um eine Leistung von 59 kW zu erzielen?
Da man Wasseräder über 10 m Durchmesser kaum bauen wird, sollte man eine Pelton-Turbine einsetzten. Das erhöht den Wirkungsgrad auf 85% und man benötigt anstatt 100 m Durchmesser nur ca. 90 m Fallhöhe (Rohrreibung abziehen) um 59 kW zu erzeugen. Dabei wird die potentielle Energie wieder in kinetische umgewandelt und damit die Turbine angetrieben.
In Antwort auf:Frage an die Verfahrenstechniker: Welchen Durchmesser brauchst das Rad, um eine Leistung von 59 kW zu erzielen?
Moin,
Du postulierst etwas, was in der Aufgabe nicht enthalten waren, nämlich die statische Höhe. Du bist also n ganz großer Spielverderber und darfst nicht mehr mitmachen.
Ich wollte halt auch irgendwie mitsempfen, und was anderes ist mir nicht eingefallen! Verzeihst Du mir?
Aber interessant ist es schon, wie gering die "Querschnittsdichte" der kinetischen Energie des Baches ist (und ich meine damit Deine Berechnung, Wännä )
genau das isses nämlich. Es gibt derart euphorische Mitmenschen, die ihren Hausbach gleich zum Verstromen umbauen wollen.
Apropos Wasserrad: Auf dem elterlichen Hof hatten wir eine Senke, in der sich gerne eine Pfütze bildete. Als Kinder haben wir die Kinderräder (mit Stützrädern) darüber gestellt und ausprobiert, wie weit es gespritzt hat. Später wurde das dann mal mit dem motorgetriebenen Zweirade wiederholt.
Mein Bruder hat dabei mal die Kiste fast vom Bock geworfen - und das bei Nenndrehzahl im fünften Gang
Parabolische Flugbahn unterstellt, könnte man berechnen, wie schnell das Hinterrad gedreht hat, wenn das Wasser soundso weit spritzt. Wir sollten mal ne Formel aufstellen.
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lich.
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