A hidrosztatika alapegyenlete vektoriális alakban: p = ρg (1.0.1) ρgds (1.0.2)

Hasonló dokumentumok

Euleri és Lagrange szemlélet, avagy a meteorológia deriváltjai

PONTSZÁM:S50p / p = 0. Név:. NEPTUN kód: ÜLŐHELY sorszám

Áramlástan feladatgyűjtemény. 3. gyakorlat Hidrosztatika, kontinuitás

Folyadékok és gázok mechanikája

4.GYAKORLAT (8. oktatási hét)

Áramlástan feladatgyűjtemény. 6. gyakorlat Bernoulli-egyenlet instacionárius esetben

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

mérlegegyenlet. ϕ - valamely SKALÁR additív (extenzív) mennyiség térfogati

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

Szilárd testek rugalmas alakváltozásai Nyú y j ú tás y j Hooke törvény, Hooke törvén E E o Y un un modulus a f eszültség ffeszültség

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

A nyomás. IV. fejezet Összefoglalás

3. Mérőeszközök és segédberendezések

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Fogalma. bar - ban is kifejezhetjük (1 bar = 10 5 Pa 1 atm.). A barométereket millibar (mb) beosztású skálával kell ellátni.

Tornyai Sándor Fizikaverseny Megoldások 1

Áramlástechnikai mérések

Kinematika. speciális pályák: egyenes, szakasz, kör, ellipszis, parabola, spirál, Egyenes vonalú mozgások: egyenletes: s=vt, v=áll. tösszes.

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

1.1 Hasonlítsa össze a valós ill. ideális folyadékokat legfontosabb sajátosságaik alapján!

Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

BMEGEÁTAT01-AKM1 ÁRAMLÁSTAN (DR.SUDA-J.M.) 2.FAKZH AELAB (90MIN) 18:45H

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

Megoldás: A feltöltött R sugarú fémgömb felületén a térerősség és a potenciál pontosan akkora, mintha a teljes töltése a középpontjában lenne:

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

Légköri termodinamika

TestLine - Fizika 7. évfolyam folyadékok, gázok nyomása Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. évfolyam folyadékok, gázok nyomása Minta feladatsor

Folyadékok és gázok mechanikája

Mérnöki alapok 7. előadás

MUNKAANYAG. Szabó László. Hogyan kell U csöves manométerrel nyomást mérni? A követelménymodul megnevezése: Fluidumszállítás

Mûszertan

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Folyadékok és gázok áramlása

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

Folyadékok és gázok áramlása

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

BMEGEÁT-BT11, -AT01-, -AKM1, -AM21 ÁRAMLÁSTAN (DR.SUDA-J.M.) I.FAKZH K155 (90MIN) 18:15H

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

9. feladatsor: Többváltozós függvények deriválása (megoldás)

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

BMEGEÁTAT01-AKM1 ÁRAMLÁSTAN (DR.SUDA-J.M.) I.FAKZH AELAB (90MIN) 18:15H. homogén. folytonos (azaz kontinuum)

5. fejezet. Differenciálegyenletek

Torricelli kísérlete vízzel, hagyományos módon - Demonstrációs kísérlet

TISZTA FOLYADÉK EGYENSÚLYI GŐZNYOMÁSA

1. Folyadékok jellemzői, newtoni, barotróp folyadékok, gázok tulajdonságai, kavitáció

A A. A hidrosztatikai nyomás a folyadék súlyából származik, a folyadék részecskéi nyomják egymást.

Jedlik Ányos Fizikaverseny 3. (országos) forduló 8. o A feladatlap

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Ipari matematika 2. gyakorlófeladatok

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

HÁZI FELADATOK. 2. félév. 1. konferencia Komplex számok

2. mérés Áramlási veszteségek mérése

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

3. előadás Stabilitás

Membránpotenciál, akciós potenciál

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Fizikai olimpiász. 52. évfolyam. 2010/2011-es tanév. B kategória

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

M é r é s é s s z a b á l y o z á s

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

FORGATTYÚS HAJTÓMŰ KISFELADAT

ÁLATALÁNOS METEOROLÓGIA 2. 01: METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK ÉS MEGFIGYELÉSEK

(2006. október) Megoldás:

ÁLTALÁNOS METEOROLÓGIA 2. METEOROLÓGIAI MÉRSÉSEK MÉRÉSEK ÉS ÉS MEGFIGYELÉSEK

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Matematika A3 1. ZH+megoldás

Bor Pál Fizikaverseny 2013/2014-es tanév DÖNTŐ április évfolyam. Versenyző neve:...

A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

Feladatok a Diffrenciálegyenletek IV témakörhöz. 1. Határozzuk meg következő differenciálegyenletek általános megoldását a próba függvény módszerrel.

Meghatározás: Olyan egyenlet, amely a független változók mellett tartalmaz egy vagy több függvényt és azok deriváltjait.

azonos sikban fekszik. A vezetőhurok ellenállása 2 Ω. Számítsuk ki a hurok teljes 4.1. ábra ábra

ANALÍZIS II. Példatár

Pelletek térfogatának meghatározása Bayes-i analízissel

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Általános Kémia. Dr. Csonka Gábor 1. Gázok. Gázok. 2-1 Gáznyomás. Barométer. 6-2 Egyszerű gáztörvények. Manométer

Feladatsor A differenciálgeometria alapja c. kurzus gyakorlatához

28. Nagy László Fizikaverseny Szalézi Szent Ferenc Gimnázium, Kazincbarcika február 28. március osztály

Szakmai fizika Gázos feladatok

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

1. feladat. 2. feladat

Mérnöki alapok 8. előadás

MŰSZERTAN PASZTERNÁK LÁSZLÓ

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

Oktatási Hivatal FIZIKA. I. kategória. A 2018/2019. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló. Javítási-értékelési útmutató

Keresztezett pálcák II.

Átírás:

. Hidrosztatika A idrosztatika alapegyenlete vektoriális alakban: p = ρg (..) Az egyenletet vonal mentén integrálva a és b pont között, kiasználva a gradiens integrálási tulajdonságait: 2. Feladat b a pds = p b p a = b a ρgds (..2) Határozzuk meg az ábrán látató cső két szárában létrejövő folyadékszint különbséget ( ), a) a nincs gyorsulás (a = ), b) a van gyorsulás (a = 3 m s 2 ). Határozzuk meg a benzin nyílt folyadékfelszínének magasságát is mindkét esetben! z p p 2 5 a üvegcső 3 4 x L Δ H 2.. Adatok = 8 mm = 8 3 m H = 55 mm = 55 3 m L = 2 mm =.2 m ρ v = kg m 3 ρ b = 7 kg m 3 a uvegcso = 3 m s 2 g neezsegi = m s 2

2.2. Megoldás Felasználva a vonal menti integrálás szabályait, a..2 egyenlet az 5 pont között szakaszokon vett integrálok összegeként írató: p 5 p = ρ b ( g)(z 2 z ) + ρ v ( g)(z 3 z 2 ) + ρ v a(x 4 x 3 ) + ρ v ( g)(z 5 z 4 ) Beelyettesítve: Ebből a gyorsulás nélküli esetben: = ρ b g + ρ v g(h + ) + ρ v al ρ v gh = (ρ v ρ b ) ρ v = 5.4 mm z benzin = z = H + = 6.4 mm Ha van x irányú gyorsulás, az üvegcső mindkét függőleges szárában elmozdul a folyadék (ellentétes irányban). A jobb oldali szárban H, a baloldali szárban pedig H + magasságú lesz a folyadékoszlop. A kontinuitásnak köszönetően igaz az, ogy 2H + = 2H +, azaz H =.5(2H + ). Ennek megfelelően: = (ρ v ρ b )g ρ v al ρ v g = 54.6 mm z benzin = z = H + =.5(2H + ) + = 3.4 mm 3. Modell légkörök A nyomásváltozás magasság szerinti megadása a légkörben attól függ, ogy milyen egyszerűsítéseket alkalmazunk. A legegyszerűbb esetben izocor közelítést alkalmazunk, azaz ρ =áll., amely közelítés csak igen kis magasságkülönbségek esetén alkalmazató. Az izotermikus közelítés (T =áll.) alkalmazatósági tartománya is korlátozott. Jobb eredményeket kapatunk a őmérséklet magasság szerinti változásának figyelembe vételével, bár az a rétegződéstől, azaz az aktuális időjárási elyzettől is függ. A standard nemzetközi műlégkörben (ISA) rögzített állapotatározók segítségével, relatív pontosan kiszámolatjuk a légnyomást, őmérsékletet és a sűrűséget egy adott magasságban. Ez utóbbi modell képezi az ICAO standard légkör alapját is, amelyet a repülésben asznált barometrikus fedélzeti műszerek (sebességmérő, magasságmérő, variométer) kalibrálására asználnak. A következő táblázatban foglaltuk össze a őmérsékletre és a sűrűségre vonatkozó összefüggéseket a különböző műlégkörökre. 2

Modell őmérséklet sűrűség Izocor T = T =áll. ρ = p RT Izotermikus T = T =áll. ρ = p RT ISA T = T γz ρ = p RT Az ISA (ICAO) műlégkör rögzített állandói a troposzférára a következők: Tengerszinti őmérséklet: T = 5 C = 288.5 K Tengerszinti légnyomás: p = 325 Pa Száraz adiabatikus őmérsékleti gradiens: γ = dt dz =.65 K m Száraz levegő specifikus gázállandója: R = 287.53 J kg K Neézségi gyorsulás: g = 9.8665 m s 2 A idrosztatika alapegyenletét asználva kiszámítató a nyomás egy adott magasságban. Az egyenlet a légkörre a következőképp írató: 3.. Izocor légkör dz Izocor légkör esetén szétválasztva az 3..-es egyenletet: p(z) p majd integrálva z magasságig: = ρg (3..) = ρg z dz, (3..) p(z) = p ρgz (3..2) 3.2. Izotermikus légkör Izotermikus légkör esetén légkör esetén az 3..-es egyenlet a következő alakot ölti: dz = pg (3.2.) RT 3

Ezt szétválasztva: majd integrálva z magasságig: p(z) p p = g RT 3.3. ISA (ICAO) standard légkör z dz, (3.2.2) p(z) = p e gz RT (3.2.3) Beelyettesítve az állapotegyenletből (p = ρrt) kifejezett sűrűséget 3..-be: majd a őmérséklet magasság függő alakját T-be: dz = pg RT, (3.3.) dz = pg R(T γz) (3.3.2) Az így kapott közönséges differenciálegyenletet szétválasztva: majd integrálva z magasságig: p(z) p p = g z dz, (3.3.3) R (T γz) A megfelelő műveleteket elvégezve: ln(p(z)) ln(p ) = g ln (T γz) R γ ( p(z) = p γ z ) g Rγ T (3.3.4) (3.3.5) 4

3.4. Feladatok Számoljuk ki a árom különböző módszerrel a toronyáz felső ablakára ató erőt, és asonlítsuk össze az eredményeket! Legyen a toronyáz alapja a tengerszinten, az négyzetméteres ablak pedig 3 méter magasan. A talaj közelében a szabadban legyen -5 C a őmérséklet, a toronyázban pedig vegyük a őmérsékletet konstans 2 C-nak, iszen az ajtót csak most nyitottuk ki! Ablak z Nyitott ajtó 3.4.. Izocor közelítés Számoljuk ki a sűrűségeket, amelyez asználjuk a tengerszinti légnyomás értékét: ρ b = p RT b =.24 kg m 3 (3.4.) ρ k = p RT k =.36 kg m 3 (3.4.2) A nyomás az ablak magasságában a ázban, illetve a szabadban: p b () = p ρ b g = 97.75Pa (3.4.3) 5

p k () = p ρ k g = 937.73Pa (3.4.4) A kifelé ató erő: F = [ p b () p k () ] A = 33.3N (3.4.5) 3.4.2. Izotermikus közelítés A külső és a belső őmérséklet is legyen állandó. A nyomás az ablak magasságában a ázban, illetve a szabadban: p b () = p e g RT b = 97.37Pa (3.4.6) A kifelé ató erő: p k () = p e g RT k = 938.46Pa (3.4.7) F = [ p b () p k () ] A = 32.9N (3.4.8) 3.4.3. ISA (ICAO) standard közelítés A külső őmérsékleti gradiens legyen egyenlő a száraz adiabatikus őmérsékleti gradiensel, a belsőt pedig számítsuk a belső őmérséklet megváltozása alapján (γ b = T/ z = (T k T b )/). A nyomás az ablak magasságában a ázban, illetve a szabadban: ( ) g Rγ b p b () = p γ b = 97.37Pa (3.4.9) T b A kifelé ató erő: ( ) g Rγ k p k () = p γ k = 938.32Pa (3.4.) T k F = [ p b () p k () ] A = 33.5N (3.4.) 6

3.4.4. Összeasonlítás Látató, ogy 3 méteres magasság esetén nincs jelentős különbség a különböző módszerek között. Ha kiszámoljuk az ablakra ató erőket a dubai Burj Kalifa felőkarcoló 829.8 méteres magasságával, akkor már nagyobb eltérést tapasztalunk. Az ICAO standard atmoszféra 923.79 N, az izotermikus közelítés 825.59 N, az izocor közelítés pedig 93.52 N erőt eredményez. Fontos azt is figyelembe venni, ogy a légkör alsó rétegében, a troposzférában uralkodó légnyomást az izocor modell jelentősen alul, az izoterm modell pedig jelentősen felülbecsli az ICAO standard atmoszféráoz képest. Az izocor modell 7849 méter felett negatív nyomást eredményez, azonban ez a fizika törvényszerűségeibe ütközik. A különböző modellek által számított nyomásmeneteket és az ablakra ató erőket a következő ábrán szemléltetjük. a) Izocor Izoterm ISA (ICAO) Izocor Izoterm ISA (ICAO) b) 8 8 6 z [m] 6 z [m] 4 4 2 2 2 4 6 8 p k [Pa] 2 4 6 8 2 F [N] 7