Fluidmekanikk og hydrostatikk



Like dokumenter
E K S T R A O R D I N Æ R E K S A M E N. MEKANIKK Fagkode: ILI 1439

GRUNNLAG HYDROSTATIKK

a) Ved avlesning på graf får man. Dermed er hastighet ved tid sekund lik.

Uttrykket 2 kaller vi en potens. Eksponenten 3 forteller hvor mange ganger vi skal multiplisere grunntallet 2 med seg selv. Dermed er ) ( 2) 2 2 4

E K S A M E N. MEKANIKK Fagkode: ILI 1439

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

Repetisjon: høydepunkter fra første del av MA1301-tallteori.

Løsningsforslag Øving 3

Både besvarelsene du leverer inn og det du gjør underveis blir vurdert. (Gruppe 1 starter med oppgave 1, gruppe 2 starter med oppgave 2 osv.) 10.

Forelesning 9 mandag den 15. september

EKSAMEN. MEKANIKK Fagkode: ILI

Løsningsforslag Øving 3

EKSAMENSOPPGAVE. Dato: Fredag 01. mars Tid: Kl 09:00 13:00. Administrasjonsbygget B154

F. Impulser og krefter i fluidstrøm

PRIMTALL FRA A TIL Å

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 4 INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK

Fysikkolympiaden 1. runde 26. oktober 6. november 2015

EKSAMEN. MEKANIKK Fagkode: ILI 1439

1.8 Digital tegning av vinkler

Eksamen REA3022 R1, Våren 2013

Labyrint Introduksjon Scratch Lærerveiledning. Steg 1: Hvordan styre figurer med piltastene

Uendelige rekker. Konvergens og konvergenskriterier

BRUK AV BLÅ SENSORER PasPort (temperatursensorer)

Eksamen MAT 1011 Matematikk 1P Va ren 2014

Løsningsforslag Øving 2

Løsning IM

Ekstraordinær EKSAMEN. MEKANIKK Fagkode: ILI 1439

Massegeometri. Vi skal her se på noen begreper og utregninger som vi får stor bruk for videre i mekanikken.

Tyngdekraft og luftmotstand

Skifte fikseringsenheten

Finn volum og overateareal til følgende gurer. Tegn gjerne gurene.

Fysikkonkurranse 1. runde november 2000

Kapittel 1. Potensregning

Følgende kapillartrykksdata ble oppnådd ved å fortrenge vann med luft fra to vannmettede

SLUPPERENDE BILDER OG OPPLYSNINGER om postene Slettheia skole

Faktor terminprøve i matematikk for 9. trinn

2,0atm. Deretter blir gassen utsatt for prosess B, der. V 1,0L, under konstant trykk P P. P 6,0atm. 1 atm = 1,013*10 5 Pa.

Innlevering BYPE2000 Matematikk 2000 HIOA Obligatorisk innlevering 2 Innleveringsfrist Tirsdag 1. april 2014 kl. 12:45 Antall oppgaver: 8+2

Trinnvise anvisninger Bygge et gjerde

Generell trigonometri

S1 Eksamen våren 2009 Løsning

Adventskalender. Regning i kunst og håndverk

Q = ΔU W = -150J. En varmeenergi på 150J blir ført ut av systemet.

TMA4140 Diskret matematikk Høst 2011 Løsningsforslag Øving 7

Kap. 5 Egenverdier og egenvektorer

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

Løsningsforslag til Øving 3 Høst 2010

Nøkkelspørsmål: Hvor lang er lengden + bredden i et rektangel sammenlignet med hele omkretsen?

Kapittel 4: Logikk (predikatlogikk)

Arbeidstid. Medlemsundersøkelse mai Oppdragsgiver: Utdanningsforbundet

Høyder på elliptiske kurver og faktorisering. Kristian Gjøsteen, NTNU Oppdatert 1. november 2002

Løsningsforslag til obligatorisk oppgave i MAT 1100, H-04

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Kje-1005 Termodynamikk og Kinetikk Dato: Torsdag 6.juni 2013 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 3

HØGSKOLEN I GJØVIK. Mekanikk Emnekode:BYG1041/1061/1061B Skoleåret 2004/2005. Oppg. 1 for BYG1061B. Oppg. 1 for BYG1061 / Oppg.

r+r TFY4115 Fysikk Eksamenstrening: Løsningsforslag

Termofysikk: Ekstraoppgaver om varmekapasitet for gasser og termodynamikkens 1. lov uke 47-48

x=1 V = x=0 1 x x 4 dx 2 x5

Del 1 Historien Bli kjent med din historie. Historien min er jo bare historien min, tenker du kanskje. Så hvorfor er historien din viktig? Jo, i histo

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Anne Borg Tlf BOKMÅL. EKSAMEN I EMNE TFY4115 Fysikk Elektronikk og Teknisk kybernetikk

Nøkkelspørsmål til eller i etterkant av introduksjonsoppgaven:

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Øving 11. Veiledning: november.

a) Stempelet står i en posisjon som gjør at V 1 = m 3. Finn det totale spesikte volumet v 1 til inneholdet i tanken. Hva er temperaturen T 1?

Fasit til eksamen i MEK1100 høst 2006

Spenninger i bjelker

Aschehoug ÅRSPRØVE trinn

DEL 1 Uten hjelpemidler

EKSAMEN RF5100, Lineær algebra

Terminprøve i matematikk for 9. trinn

ERGO Fysikk. 3FY. AA (Reform 94) - 2. Krumlinjet bevegelse Sirkelbevegelse - Fagstoff. Innholdsfortegnelse

Innlæringsmål: forstå hvordan positive og negative magnetiske poler kan demonstrere tiltrekkende og frastøtende kraft.

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

Dør, port mv.

Olweusprogrammet. Tema i klassemøtet. Klasseregel 4 Hvis vi vet at noen blir mobbet

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen 1T høsten 2015, løsningsforslag

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 3

Spinning - FSC / Terningen Arena

Mer om likninger og ulikheter

mobilfasen, ū M : lineær mobilfasehastighet C S : platehøydekoeffisient, d f : tykkelse på stasjonærfaselaget,

Sircon People. Utvidelse til WordPress

MONTASJEANVISNING PROTECTA FR BRANNPLATE. Polyseam AS tlf (11) GENERELL PRODUKTBESKRIVELSE TYPISK DETALJTEGNING

FAG: Fysikk FYS118 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Kjetil Hals (linjedel)

(samme dreiemoment fra sider som støter opp til en kant). Formen må være en generalisering av definisjonsligningen

EKSAMEN I EMNE TKT4116 MEKANIKK 1 Onsdag 23. mai 2007 Kl

For å vise funksjonene, tar jeg utgangspunkt i eksamen i Økonomi og ledelse V2014. Eksamensoppgaven oppga følgende tall: Tekst (valgfritt)

Flagg Erfaren Scratch Lærerveiledning

Fasit - Oppgaveseminar 1

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen GFO210 Dynamisk oseanografi. Mandag 11. november 2003, kl 09-15

Matematikk 2, 4MX25-10

σ cosθ φ (1) Forklar kort de størrelser som inngår, deres benevning i et konsistent sett av enheter og hva J-funksjonen brukes til.

EKSAMEN I EMNE TKT4116 MEKANIKK 1

BØK311 Bedriftsøkonomi 2b. Løsningsforslag

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for fysikk. EKSAMEN I FAG TFY 4102 FYSIKK Fakultet for Naturvitenskap og teknologi

9 Spenninger og likevekt

Først vil jeg takke for invitasjonen til lanseringen av Rovdata.

FIRST LEGO League. Trondheim 2012

Legg merke til at at over de blå klossene er det flere kategorier av kommandoer i forskjellige farger, for eksempel

Når tallene varierer.

Transkript:

HIN IBDK R 6.4.4 Side av 6 Fluidmekanikk og hdrostatikk Om fluider, væsker og trkk i væsker Fluider er stoffer i fltende tilstand. Med det menes at enhver kraft (og tngde) vil forandre materialmengdens form. Vannet i en ko har samme form som koen. Slår vi vannet ut over en bordlate, flter det utover. Gasser er også fluider. Forskjellen mellom væsker og gasser er at væsker har et bestemt volum, mens gasser eksanderer og fller hele det tilgjengelige volum. Fluidenes tilstand er karakterisert ved deres trkk- og hastighetsforhold. Vi skal begnne med å betrakte fluider som ikke har hastighet, dvs. de er i ro. Materialer som flter får stadig økende skjærdeformasjoner. For materialer med fasthetsegenskaer krever dette skjærsenninger. Fluider i ro kan innta vilkårlige former og ter ikke motstand mot skjærdeformasjoner som skjer langsomt. I fluider i ro er det ingen skjærsenninger. En følge av dette er at trkket i alle retninger være like stort. e e α τ= α τ x = x x Bevis. Betrakt et rismeformet fluidelement. I stillestående fluid er alle skjærsenninger lik null. La betegne trkket. Kraft å sidekantene er lik trkk gange flate. Likevektsbetraktning i x-retning gir: G F = : cosα = x e e x x cosα cosα= e e x e e = x Likevekt i -retning gir tilsvarende resonnement, bortsett fra tngden, G, men med infinitesimalt volum fås, V G, og vi får x = = e Betraktningen gjøres også med rismet i z-lanet, og i alt blir: x = = z = e I et stillestående fluid er trkket i et gitt unkt like stort i alle retninger. Dette betegnes isotro trkktilstand. For å finne størrelsen å trkket som følge av tngdekreftene å fluidet, trenger vi kun å betrakte en søle med utstrekning i tngdens retning. I ethvert unkt vil man da få trkket fra den overliggende fluidsølen. I det generelle tilfellet øker fluidets tetthet ga. komresjon. Vi skal i dette kurset avgrense oss til væsker og betrakte dem som inkomressible fluider, dvs. at væsken har en konstant tetthet. Når væske er i ro brukes betegnelsen hdrostatikk. Lufttrkket kommer som et tillegg til trkket ga. en væskesøle. Lufttrkket varierer ubetdelig med høden av (vanlige) konstruksjoner, og regnes konstant. ----------- Betrakt en væskesøle med grunnflate, høde og tngde G. Likevekt i -retningen gir:

HIN IBDK R 6.4.4 Side av 6 G = G Nå fås tngden av volumet V: G = mg =ρ Vg =ρ g, der ρ er væskens tetthet [kg/m 3 ]. I stedet for tetthet kan man bentte sesifikk tnge γ=ρ g [N/m 3 ]. Innsetting og divisjon med gir = +ρ g. Vi har tatt med trkket å toen av væskesølen,. Dette vil oftest være atmosfæretrkket, som vi regner konstant. Vi skal heretter betegne det med h, dvs. erstattes med h. Med trkk mener vi det relative trkket i en væske, det trkket som ikke inkluderer det omgivende trkket. =ρ gh Med absolutt trkk mener vi trkket inklusiv omgivende trkk (atmosfæretrkk, evt. damtrkk eller annet omgivende trkk). = +ρ gh Følgende måleenheter for trkk skal nevnes: abs a = N/m bar = ka atm (standard atmosfære) =,35 ka mvs = meter vannsøle 98 a, avhengig av g og temeraturen (temeraturen åvirker vannets tetthet, men det er også forskjell å ferskvann og sjøvann). Torr (mm Hg) = 33,3 a (fra kvikksølvbarometeret). Ogaver:. Beregn trkket å 5 meters vannd.. Beregn absolutt trkk å 5 meters vannd, ved standard atmosfæretrkk (5, ka). 3. En ume er lassert å toen av en 8 meter hø trkktank. umen kan gi et trkk å 8 bar. Beregn maksimalt trkk i bunnen av tanken, når den er full av vann (878 ka). 4. I et oljereservoar 33 meter under dekket å en roduksjonslattform, viser en trkkmåler et absolutt trkk å 35 bar. Beregn trkket i inngangen til rosessutstret, når det bare er stillestående olje i roduksjonsrøret. Oljens tetthet er 78 kg/m3. (96,5 bar). 5. En sugeume løfter vannet 6 meter o fra et vannreservoar i fri luft (ved normalt trkk). Hva er absoluttrkket 6 meter over reservoarets overflate når vannet står i ro? (4,5 ka) 6. Hva er største teoretiske løftehøde (med ume eller hevert) av vann ved 4 C? Damtrkket av vann ved 4 C er 7,4 ka. (9,6 m). Tenk deg at vi har løftet vannet så høt med en sugeume. Hva skjer med vannet øverst i vannsølen dersom vi lar umen gå i et forsøk å å suge vannet ennå høere?

HIN IBDK R 6.4.4 Side 3 av 6 Væsketrkk mot lane flater. Innledende eksemel. Vi skal først se å væsketrkkets virkning å en lan demning. En latedam er meter bred. Det er like stort vannd, H = 8 meter, langs hele dammen. Dambredde = m 5,33 [m] 8 Lufttrkket virker både å vannflaten og å dammens tørre side, og er uavhengig av høden, dvs. vi kan se bort fra lufttrkket og regner bare med relativt trkk. I vannoverflaten er trkket dermed null. å dammens deste unkt er væsketrkket 3 =ρ gh = N/m 9,8 m/s 8 m =78,48 kn/m [ka] Over dammens bredde blir dette: 78,48 kn/m m =784,8 kn/m Dammen kan derfor betraktes som en bjelke der høden er lengden, og det er en lineært fordelt last. Lastintensiteten i overflaten er null. å 8 meters d er lastintensiteten q = 784,8 kn/m. Lastens størrelse er H = qdh, lik arealet av lastkurve-flaten. = H q = 8784,8 = 339 kn q= 784,8 kn/m Lastens angresunkt befinner seg i lastkurve-flatens senter, dvs. /3 fra nedre kant. Resultanten av trkkreftene angrier dermed å 5,33 meters d, idet: 8 m = 5,33 m 3. I raksis kan dette så brukes til å beregne olagerreaksjoner osv. når dammen skal forankres. Vi søker så å uttrkke den totale lasten fra vanntrkket som gjennomsnittstrkket gange dammens areal. ga. den lineære trkkfordelingen finner vi gjennomsnittstrkket å samme d som dam-arealets senter. Vi kan dermed beregne totalkraften som = =ρ gh, 3 = N/m 9,8 m/s 4m (m 8m)=339 kn ltså som før. Denne kraften betegnes trkkresultanten, og den angrier under flatesenteret fordi trkket øker med dbden, nærmere bestemt å 5,33 meters d. ngresstedet kalles trkksenteret. Vi skal nå finne en generell måte for å beregne trkkresultant og trkksenter.

HIN IBDK R 6.4.4 Side 4 av 6 Resultantkraft og trkksenter for neddkkede, lane flater α X d X h h = sinα e O Betrakt en lan flate som åvirkes av væsketrkk. Flaten har en vinkel α i forhold til væskeoverflaten. Trkket øker med dbden h. Flatens senter befinner seg i dbde h. Linjen arallell med flaten skjærer væskeoverflaten i unkt X. En koordinatakse legges fra unkt X h og arallelt med flaten. Da blir sammenhengen mellom h og : = sin α. Flatesenteret O befinner seg i avstand fra unkt X. Trkkresultanten angrier avstanden e under flatesenteret O. Trkket å en smal strie i flaten med bredde d i avstand fra unkt X bidrar til resultantkraften med: d = d ( ) =ρ ghd=ρgsin α d Det samlede trkket blir h = d ( ) =ρgsinα d=ρgsinα =ρgsinα =ρ gh= sin α der =ρ gh Trkket å den betraktede strien bidrar til kraftmomentet omkring en akse i overflaten med: dm = d ( ) =ρghd =ρgsinα d Samlet kraftmoment om blir: ( ) sin sin M = d=ρg α d=ρg α I der I er annet arealmoment av flaten om aksen. La a være avstanden fra aksen til stedet der trkkresultanten angrier, a = + e. Nå er I M = a =ρgsin α I og =ρgsinα a=

m HIN IBDK R 6.4.4 Side 5 av 6 Vi har at e a ( ) I I = = = Ved innsetting av Steiners setning, ( ) ltså I I = I +, fås e = Trkkresultanten er =, der er trkket å flatesenterets d, h. I Trkksenteret befinner seg avstanden e i flatens retning under flatesenteret, der e =. I er annet arealmoment av flaten omkring flatesenteraksen, er målet fra væskeoverflaten til flatesenteret i flatens retning, flaten og væskeoverflaten. h = sin α, α er vinkelen mellom en linje arallell med Eksemel En sirkulær damluke kan svinges horisontalt omkring en akse gjennom sentrum. Det er vann i dammen. Damluka vil være selvlukkende (hvorfor?). Hvor stort dreiemoment skal til for å åne luka? Trkkresultantens størrelse er: h = 6 e =ρ gh = π,8 9,8 = 98,6 kn 4 d =,8 m Trkksenteret befinner seg avstanden e fra lukens senter. 4 I 64 πd d 3,8 3 e = = = = =,73 mm h 6 h 6 πd 4 sin6 Nødvendig dreiemoment for åning er lik kraftmomentet av trkkresultanten omkring aksen: e= = 3 98,6,73,7 knm=7 Nm I raksis vil åningsmomentet være en del større fordi det er merkbar friksjon da kraften å leddet er ganske stor.

HIN IBDK R 6.4.4 Side 6 av 6 Ogave (eksamen 999) γ = 98 N/m 3 a/ a/ Et vanningsanlegg har selvlukkende luker som vist å figuren. Lukene er kvadratiske med sida a, og vier om akselen MM. De ånes ved å dra i håndtaket H med kraften F, og de lukkes av vanntrkket. a a) Finn kraften F når lukene har størrelsen a=,6 m. b) Det vurderes å lage lukene (og kanalene) større. Bestem størrelsen a når kraften F ikke må overstige 4 Newton. Svar: a) 53 N, b) kraften blir 4 ρga F =, der L er avstanden fra M til H ( meter), a kan så regnes ut. L Ogave (Eksamen ) B m 3 m En beholder består av to kamre, se tegning. En luke B tetter beholderen slik at vann ikke renner ut. Luken er kvadratisk med sidekant 3, m. Finn størrelse, retning og beliggenhet av resultantkraften. Svar: kn, 7,5,,4 m fra.