Aero und Hydrostatik - Dichte, Druck, Auftrieb

Was ist Dichte (ρ)

Dichte beschreibt, wie viel Masse in einem bestimmten Volumen enthalten ist

​Die Dichte ist bei den meisten Stoffen eine temperaturabhängige Eigenschaft, da mit steigender Temperatur auch das Volumen steigt und somit die Dichte abnimmt.​

Formel Der dichte und 

In welchen Einheiten wird die Dichte angegeben

p= m/ V

•p die Dichte in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³),

•m die Masse in Kilogramm (kg),

•V das Volumen in Kubikmetern (m³)

Standardmäßig wird die Dichte in kg/m³ angegeben.

• bei Flüssigkeiten, ist auch kg/L üblich, wobei 1 kg/L = 1000 kg/m³

Welxhe wichtigen dinge sollte man beachten bei der Dichte 

Die Dichte ist eine stoffspezifische Eigenschaft und unabhängig von der Größe oder Form des Körpers.

•Zwei Körper mit gleichem Volumen können unterschiedliche Massen haben, wenn ihre Dichten unterschiedlich sind

Was ist Druck (p) in der Physik

Druck beschreibt die Wirkung einer Kraft auf eine bestimmte Fläche .

Unterschied vom Kraft und Duck

Die Kraft gibt an, wie stark ein Körper auf einen anderen einwirkt, der Druck beschreibt die Wirkung einer Kraft auf eine bestimmte Fläche

Druck kann in allen Aggregatzuständen (fest, flüssig, gasförmig) auftreten. 

Was ist hydrostatischer Druck?

 Der Druck, der durch eine ruhende Flüssigkeit aufgrund ihres Gewichts entsteht

Wie berechnet man den hydrostatischen Druck?

p = ρ · g · h

(ρ = Dichte, g = Erdbeschleunigung, h = Tiefe)

Wie lautet die Formel von Druck

Formel

p = F/A

(p = Druck, F = Kraft, A = Fläche)

Einheit:

•Pascal [Pa] = Newton pro Quadratmeter [N/m²]

(1 Pa = 1 N/m²)

•Andere Einheiten: bar, atm

(z. B. 1 bar ≈ 100 000 Pa

Wie verläuft die Druckänderungen in Fluiden 

Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe ab (z. B. auf einem Berg).

→ Verläuft nicht linear, sondern wie eine abnehmende Exponentialkurve.

•Druck in Flüssigkeiten (z. B. Wasser) nimmt mit Tiefe zu.

→ Verläuft linear, z. B. Wieso steigt der Druck im Wasser alle 10 m umf 1 bar

Was ist die Auftriebskraft?

Die Auftriebskraft ist jene Kraft, die einen Körper in einem Fluid nach oben drückt und der Gewichtskraft des Körpers entgegenwirkt

Wovon hängt die Größe der Auftriebskraft ab?

Back: Vom verdrängten Volumen (V), der Dichte des Mediums (ρ) und der Erdbeschleunigung (g). 

Formel: FA = ρ · V · g

Schwimmen – Schweben – Sinken

Entscheidend ist der Vergleich zwischen Dichte des Körpers (ρK) und Dichte des Fluids (ρM):

•Schwimmen:  pk< pm

•Schweben:  pk= pm

•Sinken:  pk> pm

Wie entsteht die Auftriebskraft bei einem Körper in einer Flüssigkeit

Druck in Flüssigkeiten steigt mit der Tiefe.

•Unten am Körper wirkt daher größerer Druck als oben.

•Diese Druckdifferenz erzeugt eine nach oben gerichtete Kraft: die Auftriebskraft.

•Seitliche Druckkräfte heben sich auf, da sie entgegengesetzt und gleich stark sind.

•Die resultierende Auftriebskraft entsteht nur durch den Unterschied der Druckkräfte zwischen Ober- und Unterseite des Körpers

Was besagt das Archimedische Prinzip

​Es beschreibt den Zusammenhang zwischen Volumen, Dichte, Erdbeschleunigung und Auftrieb.

​Das Archimedische Prinzip besagt, dass die Auftriebskraft, die auf einen Körper in einem Medium wirkt, genau so groß ist wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Medium​

Was ist das verdrängte medium

Das verdrängte Medium ist die Flüssigkeit oder das Gas, das von einem Körper zur Seite geschoben wird, wenn er hineingelegt oder eingetaucht wird.

Wenn du einen Stein ins Wasser wirfst, nimmt der Stein im Wasser Platz ein.

•Dieser Platz war vorher von Wasser eingenommen.

•Der Stein verdrängt also Wasser → das verdrängte Medium ist Wasser.