Eksamen i emnet SIB 5025 Hydromekanikk 25 nov b) Bestem størrelsen, retningen og angrepspunktet til resultantkrafta,.

Like dokumenter
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

Foreløpig løsningsforslag til eksamen i fag TEP4110 Fluidmekanikk

Introduksjon Regulær bølgeteori

Løsningsforslag Øving 3

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

Løsningsforslag Øving 3

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

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Onsdag 20. desember 2006 kl

Eksamen i GEOF330 Dynamisk Oseanografi. Oppgave 1: Stående svingninger

Breivika Tromsø maritime skole

Løsningsforslag Øving 4

Løsningsforslag til Øving 6 Høst 2016

Vannbølger. 3. Finn gruppehastigheten (u), ved bruk av EXCEL, som funksjon av bølgetallet k ( u = 2π ). Framstille u i samme diagram som c.

EKSAMEN I FAG SIF 4014 FYSIKK 3 Onsdag 13. desember 2000 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

Resultanten til krefter

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

GRUNNLAG HYDROSTATIKK

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

FYS1120 Elektromagnetisme, Ukesoppgavesett 1

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

Trykkrefter - kasse. T=15s

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

Løsningsforslag for eksamen 5. januar 2009

UNIVERSITETET I OSLO

Impuls, bevegelsesmengde, energi. Bevaringslover.

UNIVERSITETET I OSLO

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

Fasit for eksamen i MEK1100 torsdag 13. desember 2007 Hvert delspørsmål honoreres med poengsum fra 0 til 10 (10 for perfekt svar).

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

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS 0100 Generell fysikk Dato: Fredag 13.des 2013 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Administrasjonsbygget: Aud.

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS 0100 Generell fysikk Dato: Onsdag 26.feb 2014 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Aud max.

Løsningsforslag til eksamen i FYS1001, 15/6 2018

UNIVERSITETET I OSLO

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I BERGEN

FAG SIB 5025 HYDROMEKANIKK. Laboratorieøving nr.2 Oppgavetekst

UNIVERSITETET I OSLO

Auditorieøving 6, Fluidmekanikk

10 6 (for λ 500 nm); minste størrelse av

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 13/6 2016

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

Øving 4. a) Verifiser at en transversal bølge som forplanter seg langs x-aksen med utsving D med komponentene

UNIVERSITETET I OSLO

Mandag Institutt for fysikk, NTNU TFY4160/FY1002: Bølgefysikk Høsten 2006, uke 36

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

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 8 Elektrisitet og magnetisme. 1. SI-enheten til magnetisk flukstetthet er tesla, som er ekvivalent med A. E.

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4105 Matematikk 2 vår 2013

Newtons lover i én dimensjon

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 15/8 2014

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Torsdag 16. august 2018

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIB 5025 HYDROMEKANIKK

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

EKSAMEN I TFY4145 OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

Løsningsforslag til Øving 3 Høst 2010

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

Løsningsforslag til øving 4

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

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

Skipsoffisersutdanningen i Norge. Innholdsfortegnelse. 00TM01F - Emneplan for: Fysikk på operativt nivå

Kinematikk i to og tre dimensjoner

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

TFY4115: Løsningsforslag til oppgaver gitt

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

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

FYSIKK-OLYMPIADEN

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1001

EKSAMENSOPPGAVE. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

TENTAMEN I FYSIKK FORKURS FOR INGENIØRHØGSKOLE

Flervalgsoppgaver i bølgefysikk

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 1. Løsning Øving 2. m d2 x. k = mω0 2 = m. k = dt 2 + bdx + kx = 0 (7)

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

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?

5) Tyngdens komponent langs skråplanet, mg sin β, lik maksimal statisk friksjonskraft, f max = µ s N =

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 17. desember 2007 kl K. Rottmann: Matematisk formelsamling (eller tilsvarende).

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgaver og fasit til seksjon

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

Eksempelsett R2, 2008

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

Eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Torsdag 3. juni 2010

Grensebetingelse for trykk der hvor vann møter luft

ØVING 4: DIMENSJONERING AV AKSLINGER OG ROTORER. M w. er tangentavsettet ved pkt B i forhold til tangenten ved opplagring A.

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

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

Eksamen i emnet SIB 55 Hydromekanikk 5 nov 1999 Oppgave 1. Husk å angi benevninger ved tallsvar. ρ θ I en ny svømmehall er det foreslått montert et vindu formet som en halvsylinder med radius og bredde. Vinduet er plassert som vist på figuren slik at sylinderens akse er horisontal og ligger i avstanden under vannoverflaten. Vannet har tettheten ρ. Over vannoverflaten og utenfor vinduet er trykket lik atmosfæretrykket. Det er gitt at ρ = 1kg/m 3, = 9,8 m/s, = 1,6 m, =,8 m, =,4 m. a) Finn horisontal kraft, og vertikal kraft,, fra vann- og lufttrykk som virker på vindusflaten. b) Bestem størrelsen, retningen og angrepspunktet til resultantkrafta,. c) Bestem det resulterende moment,, fra vann- og lufttrykk mot vindusflaten om en horisontal akse i veggens plan og gjennom.

Eksamen i emnet SIB 55 Hydromekanikk 5 nov 1999 Løsning oppgave 1 side 1 av 3 "Free-body-diagram" - standard teknikk: a) Vertikal kraft: Langs buen er det en trykkraft som har vertikalkomponent positiv oppover. Langs buen har trykkraften en vertikalkomponent som virker nedover. Vertikalkomponenten av kraften langs er lik tyngden av "væskevolumet". Vertikalkomponenten av kraften langs buen er lik vekten av "væskevolumet". Dvs vertikalkraften blir vekten av væskevolumet acef - abef som er lik vekten av. Dvs vertikalkraften er lik vekten av vannet inne i halvsylinderen (overraskende?) og kraften er rettet nedover. Vertikalkraften: v = b γ π / =,4 x 985, N/m = 3645 N Horisontal kraft: Lastfordelingen på flaten er gitt som et trapes ( ). Resultanten av denne lasten er lik middeltrykket x arealet. Middeltrykket over flaten er ρ = γ. Dvs = γ = 98 x 1.6 x 1.6 x b= 588 N/m x,4 m = 611 N. Vi kan imidlertid dele opp trykklasten i en uniformt- og en trekant-fordelt last: r/3 + = γ = 1544 N/m 1 = γ () = 98 x,8 x 1,6 = 1544 N/m (kraft pr bredde-enhet) Sjekker horisontalkraften: = ( 1h + ) x = (γ (h-r) r + γ r r) x = γ (OK!) b) Resultant kraft: R = ( + v ) 1/ = 6953 N/m x.4 m = 64687 N Retning: tg α = v / =,393. α = 1,4 o "Angrepspunktet" i sylinderaksen: pkt midt mellom endeveggene. α c) Angrepspunktet for vertikalkraften er i flatesenteret for halvsirkelen. Med origo i sylinderaksen. aksen horisontal og -aksen vertikal, får vi fra Tabell C.1 i P&W: Angrepspunktet for vertikalkraften: = 4r/(3π) =.34 m, = m. Angrepspunktet for 1 (uniformt fordelt last): 1 = m, 1 = m. Angrepspunktet for (trekantfordelt last): = m, = -r/3 = -,8/3 = -,67 m Angrepspunktet for : Momentlikhet om : x z = 1 x z 1 + x z z = x z / = - /(3) = m, = -,133 m. Moment om A: = ( 1 x r + x (r + r/3) ) x - x = (1544 x.8 + 1544 x 1.67) x - 985 x b x.34 = 7 Nm/m x.4 m = 48168 Nm = ( x (z + ) - x ) = (588 x x (.8 +,133) - 985 x x.34) = 7 Nm/m x.4 m = 48168 Nm

Eksamen i emnet SIB 55 Hydromekanikk 5 nov 1999 Løsning oppgave 1 side av 3 "Free-body-diagram" - mer effektiv teknikk P G R* α Vi betrakter likevekten av det halvsylinderformede væskelegemet som vinduet avgrenser. Kreftene mot de to halvsirkelformede endeflatene er like store, men motsatt rettet og opphver hverandre. Resultanten R* av reaksjonstrykket fra vindusflaten er motsatt rettet den søkte resultanten R mot vindusflaten. Vi forutsetter da at det bare tas hensyn til overtrykket fra vannet siden atmosfæretrykket også virker utenfor vinduet. R* må altså holde likevekt med tyngden G og resultanten P av overtrykket på den plane flaten. a) Horisontal kraft på veggen: 98 1, 6, 4, 8 611, N Vertikal kraft på veggen: 1 1 =, 5 98 π, 8, 4 = 3644,9 N 1 b) Resulterende kraft: = + = γ 4 + π = 64687,5 N 4 Trykkraften på hvert flateelement er rettet normalt sylinderflaten og går derfor gjennom sylinderaksen. Resultanten må derfor virke langs en linje gjennom midtpunktet på sylinderaksen. Vinkelen til linja er gitt ved α = 1 tan = tan 1 (, 393) = 1, 4 c) Resulterende moment om A finnes enklest ved å innse at resultant krafta virker i midtpunktet på sylinderaksen. Vi dekomponerer den i en vertikal komponent og en horisontal komponent. Vertikalkomponenten gir ikke noe moment om A. Horisontalkomponenten gir et moment gitt ved: 48169, Nm

Eksamen i emnet SIB 55 Hydromekanikk 5 nov 1999 Løsning oppgave 1 side 3 av 3 Alternativt kan løsningene finnes ved direkte integrasjon: θ θ Overtrykk: ( cos ) Flateelement: Delkraft fra overtrykket (en vektor): Horisontalkraft: sin ( cos ) sin cos cos / 4 Vertikalkraft: cos ( cos ) cos sin / sin / 4 ( ) Momentet om : ( cos ) sin ( cos ) ( cos ) cos sin sin cossin cossin cos sin cossin cos sin moment fra horisontalkomponent moment fra vertikalkomponent sin cossin cos cos / 4 θ

Eksamen i emnet SIB 55 Hydromekanikk 5 nov 1999 Oppgave Illustrasjon av en bølgekam og fasehastighet 6m ytre innseilingskanal b A =1m b B havnen Stasjon A Stasjon B I denne oppgaven skal du utrede bølgeforhold i tilknytning til prosjektering av en havn. Bølgeforholdene på dypt vann utenfor havneområdet gitt ved: Bølgehøyde 5 og bølgeperiode 18. ( er bølgeamplityden på dypt vann). Tyngdens akselerasjon = 9,8 m/s og sjøvannets tetthet ρ = 15 kg/m 3 og kinematisk -6 viskositet 1.31 m / s. Husk å angi benevninger ved tallsvar. a) Bestem bølgelengden, fasehastigheten og gruppehastigheten til bølgene på dypt vann. b) Når bølgene forplanter seg inn mot kysten endres bølgelengde, fasehastighet, gruppehastighet og bølgehøyde, mens bølgeperioden er konstant. Anta at bølgene forplanter seg vinkelrett inn mot innseilingsåpningen. Se skissen. Ved innløpet til havneområdet (Stasjon A) og utenfor er det mudret slik at vanndypet er 15 meter i hele ytre innseilingskanal. Bestem bølgelengden, fasehastigheten og gruppehastigheten til bølgene i dette området. c) Bestem bølgenes midlere energitetthet ved Stasjon A når det er gitt at bølgehøyden der er H A = 8 m. Bestem også hvor mye bølgeenergi totalt som forplanter seg inn i havneområdet pr tidsenhet i gjennomsnitt. d) Utenfor seilingsinnløpet i et område der dybden overalt er 15 m D skal det settes opp seilingsmerker. Disse er stålrørkonstruksjoner utført som en tripod med en vertikal søyle øverst påmontert lys og reflektor. Se skisse. Beregn kraften, D(t), på en liten lengde av den vertikale søylen 5 m under middelvannstand når bølgehøyden er 5,6 m og bølgeperioden 18 s. Hvor stor blir maksimalverdien av kraften? Stålsøylas radius R =,15 m. ikke i skala

Eksamen i emnet SIB 55 Hydromekanikk 5 nov 1999 Løsning oppgave side 1 av a) Dypt vann: Bølgelengden: = 98 =, π π 18 = 55,3 m Forplantningshastigheten: = / = 55, 3/ 18 = 8, m / s 1 Gruppehastigheten: = = 14, m / s b) Bølger ved Stasjon A: 15 m vanndyp. Antar grunt vann: = = 9, 8 15 18 = 18, m Sjekk: / 15 / 18. = 1/ 14,5. Dvs grunt vann antakelsen ikke gyldig. Beregner inngangsdata til Tabell C-I: / /, = 15 55 3 =,97 Fra Tabell C-I: / =, 71 Bølgelengden: = /, 71 = 11,3 m Forplantningshastighet: / 11, 3/ 18 11,7 m / s Gruppehastighet: Fra tabell C-I: =, 3931 =, 3931 8 = 11, m/ s Fra formel: 5 117 1 11, 3 15,, 1, 99 sinh 11, 3 15 m / s c) Energi: 1 Midlere energitetthet: Formel 7.1:, 5159, 84 836 J/m Total energitransport inn i havneområdet i gjennomsnitt: Formel 7.14 gir midlere transport pr lengdeenhet bølgekam. Total energitransport blir dermed: 83611, 1 88, 41 6 J/s.

Eksamen i emnet SIB 55 Hydromekanikk 5 nov 1999 Løsning oppgave side av d) Ved beregning av krefter må vi sjekke Keulegan - Carpenter tallet,. For bølgelastberegninger benyttes lokal partikkelhastighetamplityde,. cosh sinh,, 97, slår opp i Tabell C-I: cosh,,, slår opp i Tabell C-I: sinh, 446, 46 ( ), 974 5 15, 974, 974 15, 446 π 8 14,, 18 =, =, m/s = = 13, 5 46, 3, Siden K> må vi benytte Morisons formel for beregningene. Antar glatt søyle. Må bestemme Reynoldstallet: 974 1 4, 15, 5 Re = = = 51. 1 6 ν 13, 1 Fra figur 8.6 og 8.7 i kompendiet leser vi av,5 og 18,. I tillegg trengs akselerasjonsamplityden: = ω = π,, 76 18 = m/s Vi kan nå skrive: () = () = 18, 15 π, 15, 76 cos( ω) +, 5 15, 15, sin( ω) sin( ω = 99, 1 cos( ω) + 37, 1 sin( ω) sin( ω) () Maksimum kraft finnes ved derivasjon: () ( ) = ω 99, 1sin( ω) + 37, 1 sin( ω) cos( ω) ω sin( ω) = eller π () = 99, 1 cos( ω) = =, 133 ω = ± 1, 437 rad 744, Vi ser lett at sin( ) ikke gir størst kraft siden dragleddet dominerer. Max kraft: max = 99, 1 cos( 1, 437) + 37, 1 sin ( 1, 437) = 99, 1 13. + 37, 1, 98 = 1, 83+ 365, 5 = 378,4 N /m