p atm ρg +h(t)+0 = p atm dh h = ( r R )2 2gdt dh = ( r T T = (1 1 )( R 2H

Like dokumenter
D. Energibetraktninger ved stasjonær strøm

Løsningsforslag Øving 8

Q = π 4 D2 V = π 4 (0.1)2 0.5 m 3 /s = m 3 /s = 3.93 l/s Pa

dp dz dp dz 1 (z z 0 )

Løsningsforslag til Øving 6 Høst 2016

EKSAMEN I: BIT260 Fluidmekanikk DATO: 15. mai TILLATTE HJELPEMIDDEL: Kalkulator, én valgfri standard formelsamling. I h c A.

I. Stasjonær strøm i rør

Løsningsforslag Øving 6

F. Impulser og krefter i fluidstrøm

Løsningsforslag Øving 7

Auditorieøving 6, Fluidmekanikk

Feltlikninger for fluider

Løsningsforslag til Øving 3 Høst 2010

Løsningsforslag Øving 10

Løsningsforslag Øving 2

EKSAMEN I: BIT260 Fluidmekanikk DATO: 15. mai TILLATTE HJELPEMIDDEL: Bestemt, enkel kalkulator (kode C) Én valgfri standard formelsamling

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Løsningsforslag til øving 4. m 1 gl = 1 2 m 1v 2 1. = v 1 = 2gL

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

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

EKSAMEN I: BIT260 Fluidmekanikk DATO: 15. mai TILLATTE HJELPEMIDDEL: Bestemt, enkel kalkulator (kode C) Én valgfri standard formelsamling

Løsningsforslag Øving 4

Hjelpemidler: A - Alle trykte og håndskrevne hjelpemidler tillatt.

Foreta omskrivninger av den stedsderiverte av et produkt som forekommer i den vanlige formen:

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

EKSAMEN I: BIT260 Fluidmekanikk DATO: 12. mai TILLATTE HJELPEMIDDEL: Bestemt, enkel kalkulator (kode C) Ei valgfri standard formelsamling

MAT Vår Oblig 2. Innleveringsfrist: Fredag 23.april kl. 1430

UNIVERSITETET I OSLO

Forelesning 23 den 18/4 2017

Løsningsforslag til øving 4

1 β = AV 2 u 2 da I 2 I 1 = 1 V = g V 2 2 +h 2. 2g h 2 h 1 +h 2 2g h 1 V 1 = V 2 =

I regninger av dette slaget lønner det seg ofte å innføre referanseverdier for størrelsene som varierer, for å spare arbeid ved gjentagelser:

Løsningsforslag, Øving 10 MA0001 Brukerkurs i Matematikk A

1 MAT100 Obligatorisk innlevering 1. 1 Regn ut i) iii) ii) Regn ut i) ii)

Løsningsforslag til øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

EKSAMEN I EMNE TVM 4116 HYDROMEKANIKK

dp ρ L D dp ρ v V Både? og v endres nedover et rør, men produktet er konstant. (Husk? = 1/V). Innsatt og med deling på V 2 gir dette:

EKSAMEN I FAG SIO 1043 STRØMNINGSLÆRE Lørdag 1. juni 2002 Tid: kl. 09:00 15:00

Foreløpig løsningsforslag til eksamen i fag TEP4110 Fluidmekanikk

NORGES TEKNISK- SIDE 1 AV 3 NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KJEMISK PROSESSTEKNOLOGI EKSAMEN I FAG TKP4100 STRØMNING OG VARMETRANSPORT

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

Punktladningen Q ligger i punktet (3, 0) [mm] og punktladningen Q ligger i punktet ( 3, 0) [mm].

Løsningsforslag Øving 3

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Eksamen i SIF5036 Matematisk modellering Onsdag 12. desember 2001 Kl

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Løsningsforslag til eksamen i REA Fysikk,

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

MAT jan jan jan MAT Våren 2010

Oppgavesettet har 10 punkter 1, 2ab, 3ab, 4ab, 5abc som teller likt ved bedømmelsen.

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

Løsningsforslag til øving 5

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

Eksamen i GEOF330 Dynamisk Oseanografi. Oppgave 1: Stående svingninger

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Øving 3. Oppgave 1 (oppvarming med noen enkle oppgaver fra tidligere midtsemesterprøver)

OPPGAVESETT MAT111-H16 UKE 47. Oppgaver til seminaret 25/11

EKSAMEN Løsningsforslag

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

Løsningsforslag, eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

- trykk-krefter. µ. u u u x. u venstre side. Det siste forsvinner fordi vi nettopp har vist x. r, der A er en integrasjonskonstant.

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 17. desember 2012 Tid: kl. 09:00-13:00

HAVBØLGER. Her skal vi gjennomgå den enkleste teorien for bølger på vannoverflaten:

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1001

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I, vår 2009

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 5 Innleveringsfrist Fredag 15. april 2016 kl 14 Antall oppgaver: 8

EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002 GENERELL FYSIKK II Onsdag 8. desember 2004 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

1. En tynn stav med lengde L har uniform ladning λ per lengdeenhet. Hvor mye ladning dq er det på en liten lengde dx av staven?

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 BØLGEFYSIKK Mandag 10. desember 2007 kl

NTNU. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 12. Avsnitt Ved Taylors formel (med a = 0) har vi at. 24 For x < 0 har vi at

Fasit for Midtvegsprøva i Fys1000 V 2009

Typisk T-v Diagram. Fasediagrammer & Projeksjoner. p-v p-t T-v. TEP 4120 Termodynamikk 1. Beregning av Egenskaper. TEP 4120 Termodynamikk 1

Fasit, Separable differensiallikninger.

UNIVERSITETET I OSLO

Detaljert modellering av 'gas blowby'

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

hvor s er målt langs strømningsretningen. Velges Darcy enheter så har en

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Obligatorisk innlevering 3 i emnet MAT111, høsten 2016

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I MA0001 BRUKERKURS A Tirsdag 14. desember 2010

Løsningsforslag for eksamen 1/6-04 Oppgave 1. Oppgave 2. HØGSKOLEN I GJØVIK Avdeling for teknologi. Mekanikk Fagkode: L158M LF for eksamen 1/6-04

Impuls, bevegelsesmengde, energi. Bevaringslover.

TFY Løsning øving 5 1 LØSNING ØVING 5. Krumning og stykkevis konstante potensialer

Løsning, Trippelintegraler

Løsningsforslag til øving 3

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 6

ELEVARK. ...om å tømme en beholder for vann. Innledning. Utarbeidet av Skolelaboratoriet ved NTNU - NKR

KONTINUASJONSEKSAMEN I FAG TEP 4140 STRØMNINGSLÆRE 2 Dato??. august 2004 Tid: kl. 09:00 14:00

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I GRUNNKURS I ANALYSE I (MA1101/MA6101)

SIF5005 Matematikk 2, 13. mai 2002 Løsningsforslag

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

G + + 2f G V V D. V 1 m RT 1 RT P V = nrt = = V = 4 D = m

TMA4100 Matematikk 1, 4. august 2014 Side 1 av 12. x 2 3x +2. x 2

TFY4115 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 4. ) v 1 = p 2gL. S 1 m 1 g = L = 2m 1g ) S 1 = m 1 g + 2m 1 g = 3m 1 g.

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Løsningsforslag eksamen TFY desember 2010.

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TEP4145 KLASSISK MEKANIKK Mandag 21. mai 2007 kl Løsningsforslaget er på i alt 9 sider.

Transkript:

49 Løsning D.1 I grensen r R vil synkehastigheten til vannoverflaten være neglisjerbar sammenlignet med V(t), den instantane utløpshastigheten gjennom hullet. Det er egentlig ikke en stasjonær strøm siden overflatehøyden h(t) hele tiden synker og utløpshastigheten dermed avtar. Men hvis R og h(t) er av samme størrelsesorden er stasjonær strøm en god approksimasjon i alle øyeblikk. Da kan Bernoullis ligning brukes, og resultatet er Torricellis lov: p atm +h(t)+0 = p atm +0+ 1 g V(t) V(t) = gh(t) Kontinuitetsligningen gir at i et tidsrom dt vil væskeoverflaten falle gjennom et volum som er lik det som strømmer ut av hullet: dhπr = Vπr dt Omordnet, innsatt for V, og integrert under forutsetning av at overflatehøyden faller fra H til H/ i tidsrommett : Talleksempel: h = 1 m, R = 0.5 m, r = 0.5 cm H/ H T = (1 1 )(100) 1 9.81 dh h = ( r R ) gdt dh = ( r T h R ) g dt 0 T = (1 1 )( R H r ) g s = min 3 s Kommentar: Dette idealiserte resultatet får en korreksjonsfaktor av størrelsesorden 1 (eller større) for en reell væske. Man ser ofte oppgaven i en versjon hvor det spørres etter tiden for full tømming. Faktoren(1 1/ ) blir da borte. Men da opptrer grensen h R i løpet av integrasjonen, og løsningen vil der avvike mer fra det reelle tilfellet fordi overflatespenningseffekter og viskositet blir viktigere. Løsning D. Det oppgitte uttrykket for utstrømshastigheten er Torricellis lov (utledet i forrige oppgave) i omskrevet form. Det antas altså at utstrømshastigheten for den ideelle væsken er størst ved spaltens underkant. a) La A = bl være spaltearealet. Volumstrømraten blir:

50 Q = uda A L = b g L h zdz = 3 b g [(h+l) 3/ (h L) 3/] b) Forenkling i grensen L h: Q = 3 b gh 3/ [ (1+ L h )3/ (1 L h )3/ ] = [ 3 b gh 3/ (1+ 3 L h +O(L h ) ) (1 3 ] L h +O(L h ) ) = 3 b gh 3/ 3 L h (1+O(L h ) ) = bl gh(1+o( L h ) ) = VA (1+O( Lh ) ) I grensen blir volumstrømraten lik produktet av arealet og hastigheten midt i arealet. Løsning D.3 Definer først et integrali N og beregn det: I N = A = πu N m (u(r)) N da R 0 ( 1 ( r R )) N rdr 1 = πu N mr (1 x) N dx 1 = πu N m R y N dy = πun m R N +1 Her har man etter tur brukt de to substitusjonene 0 0 ( r R ) = x, 1 x = y rdr = 1 R dx, dx = dy Med denne definisjonen er og som man skulle vise. V = I 1 A = 1 u m α = 1 V I 3 I 1 =

51 Løsning D.4 Hastighetene følger av kontinuitetsligningen: Q = π( D ) V V 1 = 4Q πd = 4 3.6 1 π(0.6) m/s = V = ( d 1) d = 1 4 V 1 = 1.7 m/s 3.18 m/s Brukh L = 0 (friksjonsløs strøm) i energiligningen, som da tar form av Bernoullis ligning: Trykkhead i den vide enden: p 1 g V 1 = p g V (z 1 = z ) p = p 1 g (1 (d 1 ) 4 )V1 d = (5+ 1 15 9.8116 (1.7) ) m = 1.7 m Og trykket: p = 998 9.81 1.7 Pa = 14.8 kpa Løsning D.5 La øvre og nedre ende tilsvare henholdsvis indeks 1 og på hastighet, høyde og trykk. Hvis strømmen går nedover skrives da energilikningen på tradisjonell form, med indeks 1 og på henholdsvis venstre og høyre side samt h L på høyre side med plussfortegn. Går strømmen motsatt vei blir da indeks begynnelsestilstanden og kommer på venstre side, og indeks 1 sluttilstand og kommer på høyre side og h L står fremdeles på høyre side med plussfortegn. Vi kan da løse for tilfellene a) og b) under ett, ved å la øvre og nedre fortegn for h L i likningen under tilsvare henholdsvis strøm nedover og oppover: p 1 g V 1 +z 1 = p g V +z ± h L, z 1 z = L, V 1 = V (kontinuitet) Løst: p = p 1 +L h L = (5+0 1.5) m = a)3.75 m b)6.5 m Løsning D.6 Som forklart i løsningen til forrige oppgave kan vi behandle begge tilfellene under ett, ved å bruke dobbelt fortegn der øvre fortegn tilsvarer strøm nedover og nedre fortegn tilsvarer strøm oppover. Men nå kansellerer ikke hastighetsleddene. Fra kontinuitetsligningen kommer V = ( d 1 d ) V 1 = 1 9 V 1

5 og dermed p = p 1 g (V 1 V )+L h L = (.0+ 10 80 9.8181 +15.5) m = a)19.5 m b)4.5 m Løsning D.7 Vi bruker enda en gang tricket med å behandle begge strømretninger under ett i energiligningen, med øvre og nedre fortegn på h L for henholdsvis strøm nedover og oppover. I tillegg kommer betingelsen fra termodynamikkens. hovedsetning (og sunn fornuft) at h L > 0. p A g V A +z A = p B g V B +z B ±h L, V A = V B h L = ±( p A p B sρ vann g +z A z B ) = ±( (150 50) 103 998 0.85 9.81 +8.0) m = ±( 1.0+8.0) m = 4.0 m Vi må velge nedre fortegn fordi tapsenergien skal være positiv. Strømmen går altså oppover. Løsning D.8 I ligningen for effekt settes h lik henholdsvis hastighetshead V /g og tapshead for å for finne effekten som strålen kan levere og tapseffekten: P stråle = Q V P tap = Qh L g = π 8 ρd V 3 Hvis kontrollvolumet legges slik at bassengoverflaten blir innløp og dyseåpningen utløp, vil trykkbidragene kansellere (tilnærmet) mellom høyre og venstre side av energiligningen, siden atmosfæretrykket opptrer begge steder. Siden bassengoverflatens areal må forutsettes å være mye større enn strålens tverrsnittsareal, følger det fra kontinuitet at hastighetshead for overflatens fall kan neglisjeres. Energiligningen reduserer seg til h L = z 1 z 1 g V = z 1 g V slik at Utregnet: P tap = Q( z) P stråle P stråle = π 8 998(0.) (68) 3 J/s = 4.93 106J/s = P tap = (998 9.81 π 4 (0.) 68 50 4.93 10 6 ) J/s = 4930 kw 98 kw

53 Løsning D.9 Vi lar kontrollvolumet ha innløp i det ene bassengets overflate og utløp i det andres. Trykkhead kansellerer mellom de to sidene i energiligningen, begge hastighetshead blir neglisjerbare hvis det antas at begge overflatene er vide, så energiligningen reduserer seg til: Effektbehovet blir: h M = z z 1 +h L = z +h L P = η 1Qh M = 0.90 1 998 9.81 6.0(10+10) J/s = 8480 kw Løsning D.10 Ved argumenter som i Løsning 8 finner vi at slik at 1 g V = (z z 1 ) h L P = ηq( z h L ) = 0.90 998 9.81.8(185 7.6) J/s = 4380 kw Løsning D.11 Siden det spørres om hvilken økning i mekanisk energi oljen får, trenger vi ikke dra inn pumpens effektivitet. I energiligningen medz 1 = z ogh L = 0 blir Dette tilsvarer effekten P = Q H H = H H 1 = p p 1 = p p 1 + 1 g (V V 1 ) + 8 Q π g ( 1 d 4 1 d 4 1) = Q(p p 1 )+ 8 π (1 (d ) 4 Q 3 )sρ vann d 1 d 4 ( = 0.075(15 40)10 3 + 8 ) 81 π (1 56 )0.8 998(0.075) (0.15) 4 J/s = (6375+378) J/s = 6.76 kw

54 Løsning D.1 Vi velger et kontrollvolum med innløp i vannoverflaten ved nivåz M og utløp hevertens endepunktsnivåz N. I energiligningen anvendt på dette kontrollvolumet vil (som forklart for eksempel i løsning 8) trykkleddene kansellere, mens innløpshastigheten kan neglisjeres sammenlignet med utløpshastigheten. Utløpshastigheten, lik hastigheten ved punktb ut fra kontinuitetsligningen, og volumstrømraten, blir følgelig: V B = V N = g(z M z N ) = 9.81 5 m/s = 9.90 m/s Q = π 4 d V N = π (0.15) 9.90 m 3 /s = 0.175 m 3 /s For å finne gaugetrykkhead ved punkt B kan vi legge et kontrollvolum med innløp som før, og utløp ved punkt B. Energiligningen gir: p B,g = p B p M = z M z B 1 g V B = z M z B 1 g g(z M z N ) = (z B z N ) = 6. m Nøyaktig samme resultat ville selvsagt ha framkommet på en enda enklere måte om vi hadde valgt et kontrollvolum med innløp vedb og utløp vedn. Som vi ser er det sammenheng i alt! Løsning D.13 Benytt sluttresultatet i forrige oppgave: p B,g = (z B z N ) Derav begrensningen på lengden av høyre hevertben: H maks = (z B z N ) maks = ( p B,g ) min = 10.0 m Kommentar: Denne og forrige oppgave er blant de ekstreme eksemplene på hvor håpløst det kan bli om man setter energisk i vei med numerisk innsetting i energiligningen, slik disse oppgavene faktisk står løst noen steder. De enkle relasjonene mellom fysiske størrelser, gitt av bevarelsessetningene, går tapt. Løsning D.14 Laz 0 ogz B være henholdsvis vannoverflatens og utløpets nivå. Liksom i tidligere oppgaver: V stråle = gh, h = z 0 z B

55 a) Volumetrisk strømrate: Q = π 4 D V stråle = π 4 (0.065) 9.81 3.5 m 3 /s = 7.5 l/s b) Legg et kontrollvolum med innløp ved B og utløp i dyseåpningen. Energiligning, kontinuitetsligning og høydebetingelse gir: p B g V B +z B V B z B = p atm g V stråle +z stråle = ( D d ) V stråle = z stråle Kombinert: p B,g = g 1 ( V stråle ( D ) d )4 1 ( = h ( D ) ( d )4 1 = 3.5 ( 0.065 ) 0.05 )4 1 m = 6.50 m c) Hvis det ikke var noe rør påsatt vedb ville vi hatt samme utløpshastighet der som forutsatt ovenfor: V B = gh, h = z 0 z B Tilhørende strømrate: Q = ( d D ) Q = ( 0.05 0.065 ) 0.075 m 3 /s = 16.3 l/s Løsning D.15 Dette er et kavitasjonsproblem: Hvis det absolutte trykket på pumpens innsugingsside blir lavere enn væskens damptrykk, svikter forutsetningene for energiligningen på den utledede formen (rent bortsett fra at punpen kan gå i stykker). Legg et kontrollvolum med innløp (A) i væskeoverflaten og utløp (B) akkurat i pumpens innsugingsside. Med antagelse om at z-koordinatens nullpunkt ligger i væskeoverflaten, som antas å ha mye større areal enn rørets tverrsnittsareal: p atm +0+0 = p v g V +h maks + g V h maks = p atm p v 3 g V ( ) a) Vann: h maks = 100.34 998 9.81 103 3 9.80665 (3.0) m = ( ) b) Bensinen: h maks = 100 50 7000 103 3 9.80665 (3.0) m = 8.60 m 5.77 m Kommentar: I denne og neste oppgave har vi approksimert tapshead med h L = c g V, c en konstant Dette valget er begrunnet i den senere delen av pensum som omhandler turbulent rørfriksjon. Her kan nevnes at approksimasjonen forutsetter at røret under pumpen har konstant lengde, slik at rør med pumpe må trekkes mer eller mindre opp av væsken hvis pumpens høyde skal varieres.

56 Løsning D.16 Legg et kontrollvolum med innløp i vannoverflaten ved A og utløp i dysen ved C. I energiligningen kansellerer trykkleddene, og venstre hastighetsledd kan som tidligere forklart neglisjeres: p A g V A +z A +h P = p C g V C +z C +h L1 +h L ( h P = z C z A + 1+c 1 ( d d ) 4 +c ( d ) d 1 ) 4 d 1 d g V C = z C z A + 37 1 64 g V C Ved forenklingen ble kontinuitetsligningen brukt, samt oppgitt antagelse h Li = c i g V i, c 1 = 5, c = 1 Et annet uttrykk forh P finnes fra uttrykket for effekt: h P = 4 P π d d Ved eliminasjon av h P mellom de to ligningene kan vi finne V C og dermedq. Vi setter inn tallverdier fra SI-systemet i resultatet etter eliminasjonen, og lar x betegne V C s tallverdi. Det gir en tredjegradsligning forx: 3+0.6051x = 31.3 x Ved prøving og feiling eller systematisk iterasjon: x 9.11 Vi kan også legge et kontrollvolum med innløp i væskeoverflaten og utløp i pumpens sugeside. Energiligningen vil da redusere seg til 1 V C p B,g = p B p A = z A z B 1 g V 1 h L1 ( ) 4 dd 1 = z A z B (1+c 1 ) g V C = z A z B 3 16g V C d 1 Svarene på oppgavetekstens spørsmål følger dermed: a) Volumstrømraten: Q = π 4 (0.075) 9.11 m 3 /s = 40.7 l/s ) p b) Trykkhead ved pumpens sugeside: B,g (6 = 16 3 (9.11) 9.81 m = 4.38 m Løsning D.17 Stagnasjonstrykket: p 0,g = sρ vann gh+ 1 sρ vannv = 1.05 998 ( ) 9.81 5+ (7.7) Pa = 81 kpa

57 Løsning D.18 Brannmannsproblemet er egentlig en kast-oppgave av en type kjent fra punktpartikkeldynamikk. Vi inkluderer det for fullstendighets skyld. Horisontal og vertikal komponent av baneligningen gir: Eliminasjon av trefftiden t gir: L = V cosθ t h = h 0 +V sinθ t 1 gt acos θ +c = b 1 cos θcosθ a = h h 0 b = L c = 1 gl V Løst og uttrykt ved siktevinkelenθ mot vinduet: cos θ = cos θ 1 ac 1 b ± 1 4ac b 4c b cosθ = b a +b For i det hele tatt å få reell løsning: 1 4ac b 4c b 0 1 (h h 0 ) g V L g V 4 0 0 g V 1 { } L (h h0 ) +L (h h 0 ) = 1 ( ) b a +b a Grenseverdien for V tilsvarer Vi krever c = c lim 1 ac lim b V V lim = = = 1 ( a +b a) = ac lim b + 4c lim b gl (h h0 ) +L (h h 0 ) 9.81 (3) (1.5) +(3) 1.5 m/s = 19.5 m/s som er oppfylt for oppgavetekstens tallverdi. I samme grense: cos θ lim = b 1 a +b { aclim b + 4c } lim b

58 c lim = a +b (a+c lim) c lim = a +b ( ) = 1 a 1 a +b Med våre tallverdier foraogbfås cosθ lim = 0.511 som altså tilsvarer minimal utgangshastighet og ikke V = 5 m/s. Vi innser at dette tilsvarer at strålen har sitt toppunkt i vinduet, og at dette blir truffet horisontalt. MedV = 5 m/s, derimot: b a +b = L (h h 0 ) +L = 0.77 1 ac b = 1 (h h 0)g V = 0.804 1 4ac b 4c b = 1 (h h 0)g V g L V 4 = 0.478 Begge fortegn i uttrykket forcos θ gir fysisk gyldige verdier: cos θ = 0.5770 (strålen treffer nedenfra:) θ = 40.6 o cos θ = 0.0436 (strålen treffer ovenfra:) θ = 80.0 o Løsning D.19 Vi relaterer trykket midt i tverrsnitt til trykket midt i tverrsnitt 1 ved å bruke fluidstatikkens grunnligning på integrert form langs en vei gjennom manometeret: Eller: p 1 +z sρ vann gm (z M) = p M piezo = p 1 p s ρ vann 1 ρ Hvis nedstrøms piezometerrør blir erstattet med et pitotrør med motstrøms åpning midt i tverrsnittet, fås en tilsvarende regning. Eneste forskjell er at nedstrøms trykk nå blir erstattet av tilsvarende stagnasjonstrykk: M pitot = p 1 (p ) 0 s ρ vann 1 ρ Bernoullis ligning medz 1 = z gir trykkdifferansen mellom de to tverrsnittene: p 1 p = 1 g (V V 1 ) = 1 9.81 ((18) 5 ) m = 15. m

59 For en ideell strøm er slik at ut fra stagnasjonstrykkdefinisjonen får vi (p 1 ) 0 = (p ) 0 p 1 (p ) 0 = 1 g V 1 = 1 9.81 5 m = 1.7 m I nevneren i uttrykkene form inngår Svarene på oppgavetekstens spørsmål følger dermed: s ρ vann ρ 1 = 1.594 850 998 1 = 0.87 a) I piezometertilfellet: M piezo = 15. 0.87 m = 17.5 m b) I pitottilfellet: M pitot = 1.7 0.87 m = 1.46 m Kommentarer: Opplysningen i oppgaveteksten om trykket i oppstrøms tverrsnitt er selvsagt unødvendig så lenge fluiden som strømmer er inkompressibel. Den negative verdien i et av tilfellene tilsvarer at CCl 4 står høyest i venstre gren. Tallverdiene viser forøvrig at målemetoden er direkte upraktisk i minst ett av tilfellene, medmindre CCl 4 blir erstattet med den tyngre væsken Hg.

60 Denne siden er med fullt overlegg (nesten) BLANK