Strömungsversuche mit Kegeln in Wasser

Armin_fc0d1b · 16. April 2003 um 15:22

Hallo Experten!

Wir planen für schulische Zwecke Strömungsversuche mit Kegeln in Wasser.
Die Kegel sind „Doppelkegel“, d.h. sie sind auf Beiden Seiten spitz zulaufend. Die länge der Versuchskörper bleiben konstant, während die Kegelhöhen h1 und h2 variieren (siehe Link).
Versuchsaufbau:
Die Kegel werden in einem Wasserbecken von unten Nach oben „gezogen“. Um den Auftrieb auszugleichen, werden Gewichte angehängt.
Den Versuchsaufbau könnt Ihr unter
http://home.arcor.de/physikprojekte/Kegelprojekt/Bil…
und eine schematische Zeichnung der Kegel unter
http://home.arcor.de/physikprojekte/Kegelprojekt/Bil…
betrachten.

Da unsere Messergebnisse nicht eindeutig sind, würden wir gerne wissen, welcher Körpertyp der mit dem geringsten Strömungswiderstand ist und warum. Literatur dazu wäre ganz toll.

Worddokument mit Messergebnissen und den Körperformen:
http://home.arcor.de/physikprojekte/Kegelprojekt/Dok…

Besten Dank im Voraus!!
Armin

Gandalf · 16. April 2003 um 15:34

Hi Armin

Da unsere Messergebnisse nicht eindeutig sind, würden wir
gerne wissen, welcher Körpertyp der mit dem geringsten
Strömungswiderstand ist und warum. Literatur dazu wäre ganz
toll.

ein tropfenförmiger Körper hat den geringsten Widerstand, was man recht einfach dadurch erklären kann, daß er sich aus dem ‚flexiblem‘ Material Wasser bei Umströmung bildet.

Gandalf

Armin_fc0d1b · 16. April 2003 um 15:44

Hallo Gandalf!

Danke für deine Antwort.

ein tropfenförmiger Körper hat den geringsten Widerstand, was
man recht einfach dadurch erklären kann, daß er sich aus dem
‚flexiblem‘ Material Wasser bei Umströmung bildet.

Mir geht es jedoch nicht darum, eine neue Körperform zu entwickeln, sondern aus den gegebenen Körpern den Besten herauszufinden.
Falls du über Infomaterial zu diesem Thema verfügst, wäre eine Quelle nett.

Gruß,
Armin

schmackes · 16. April 2003 um 16:08

Hallo Armin,

nur ein paar ANmerkungen.
Ihr habt die Zeit teilweise auf die 10tausendstel Sekunde genau angegeben.
Wie habt ihr das gemessen?
Bei der Versuchsanordnung ist diese Genauigkeit kaum zu erzielen. In der Grafischen Darstellung ist sie auch nicht mehr zu sehen. Gebt besser nur 10tel an.
Was mir überhaupt fehlt, sind Fehlerangaben. Womit habt ihr gemessen?
Mit einer Lichtschranke, mit dem Auge und Stoppuhr? Wie genau sind die Messungen?
Ihr gebt an, ob ein Körper „oben“ oder „unten“ steht. wichtig ist doch die Zugrichtung. Die solltet ihr angeben.
Aus der Ströhmungslehre weiss man, das ein Körper mit dem Querschnitt eine „doppelten Flügelprofils“, im radialsymmetrischen Fall also ein Tropfen, den geringsten Strömungswiderstand hat. Ich würde also erwarten, daß Körper C (der kommt dem am nächsten) mit der kurzen Seite nach vorne den geringsten, und C mit der Kurzen Seite nach hinten den höchsten Widerstand hat.
Ihr müsst aber die Strömungstheorie auf jeden Fall kurz anreißen und Aussagen dazu begründen.
Dann schaut ihr Euch an, welche Reihenfolge sich nach der Theorie ergeben sollte z.B:frowning:C,B,A,D,E,D´,A´,B´,C´) (´:steht für h2 vorn).
Dann mach ihr eine entsprechende Grafik, seht ob ihr eine Funktion durch Eure Messwerte legen könnt. Dazu müsst Ihr ein bischen Statistik betreiben. Die Entscheidung, mit welcher Funktion ihr eure Messwerte fittet, nimmt euch kein Statistikprogramm ab!
Angenommen ihr nehmt einfach eine Gerade. Dann sagt Euch die Statistik gleich mit, mit welcher Wahrscheinlichkeit Eure Messwerte tatsächlich auf einer Geraden liegen. Damit seid ihr fertig.
Auf der angegebenen Seite habt ihr die Messwerte einfach verbunden. Mit welchem Grund?
Wenn Ihr glaubt, zwischen den Messungen linear interpolieren zu können, müsst ihr das begründen.

Max

Ihr gebt DIe D

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Armin_fc0d1b · 16. April 2003 um 17:24

Hallo Max!

Danke für deine Antwort.

Ihr gebt an, ob ein Körper „oben“ oder „unten“ steht. wichtig
ist doch die Zugrichtung.

Damit haben wir auch die Zugrichtung gemeint: Körper A kurz oben bedeutet z.B., dass an der kurzen Seite von A gezogen wird.

Ihr müsst aber die Strömungstheorie auf jeden Fall kurz
anreißen und Aussagen dazu begründen.

Kannst Du mir dazu Quellen geben?

Dann macht ihr eine entsprechende Grafik, seht ob ihr eine
Funktion durch Eure Messwerte legen könnt. Dazu müsst Ihr ein
bisschen Statistik betreiben.

Meinst Du damit ein konkretes Programm, oder reicht da Excel?

Auf der angegebenen Seite habt ihr die Messwerte einfach
verbunden. Mit welchem Grund?
Wenn Ihr glaubt, zwischen den Messungen linear interpolieren
zu können, müsst ihr das begründen.

Die Grafik, die in dem Worddokument ist, haben wir nur benutzt, um die unterschiedlichen Zeiten der Körper leichter vergleichen zu können. Die Grafik hat keine physikalische Formel als Grundlage.

Gruß,
Armin

Litorino · 16. April 2003 um 20:27

Hallo Armin,

hab ich euern Versuchsaufbau zu flüchtig gelesen? Ich finde nirgendwo etwas über die Wegstrecke, die ihr die Körper schleppt. Ausserdem nichts über die Messmethode: Wie löst ihr die Gewichte aus? Mit eurem Versuchsaufbau schleppt ihr, so wie ich es begriffen habe, nicht mit konstanter Geschwindigkeit, sondern habt eine Beschleunigungsphase und dann eine Endgeschwindigkeit, in der Strömungswiderstand und Antriebskraft sich gegenseitig aufwiegen.

Nach euren Versuchsergebnissen habe ich den Verdacht, dass Ihr mit sogenannter „schleichender“ Strömung gemessen habt. google das mal und schau es dir an. Du kannst zur Not durch Beobachtung feststellen, wie lange die Beschleunigungsstrecke ist und ab wann die Endgeschwindigkeit erreicht ist, das sollte sich für alle Körper unterschiedlich ergeben. Aus der Wegstrecke und der Zeit dafür kannst du grob die Geschwindigkeit abschätzen. Mit dem Durchmesser des Kegels
kannst du dann die Reynoldszahl berechnen (schon mal gehört?). Da kannst du dann vergleichen, ob ihr schleichende Umströmung habt. Und auch, ob die Reynoldszahlen für die Versuche soweit ähnlich sind, dass ihr die Ergebnisse vergleichen könnt, oder ob euer Versuchsaufbau prizipiell untauglich ist, um den interessanten Effekt zu untersuchen. (welcher ist das überhaupt, was ist euer Forschungsziel?)

Literatur: Sag mir gern, welche Vorbildung ihr habt, dann finde ich eventuell was geeignetes.

Es ist schwierig, auf so pauschale Fragen ohne Wissen über eure Vorkenntnisse, fundiert und gleichzeitig verständlich zu antworten.

Jedenfalls ist die Reihenfolge der Körper nicht für alle Re-Zahlen gleich und festgelegt.

Gruß
Burkh

schmackes · 16. April 2003 um 22:53

Hallo Max!

Danke für deine Antwort.

Damit haben wir auch die Zugrichtung gemeint: Körper A kurz
oben bedeutet z.B., dass an der kurzen Seite von A gezogen
wird.

Hallo Armin,

ok.
Zunächst einmal würde ich die Bezeichnung der Körper ändern. Antatt a bis E, solltet ihr nach der Länge des vorden Teils ordnen, also h1=5,6,7,8,9,10,11,12,13… Ich glaube dann wird es schon einmal übersichtlicher.

Ihr müsst aber die Strömungstheorie auf jeden Fall kurz
anreißen und Aussagen dazu begründen.

Kannst Du mir dazu Quellen geben?

Mein altes Lehrbuch ist der Gehrtsen. Der wird nicht mehr verlegt, ansonsten jedes einführende Lehrbuch für Experimentalphysik.
Hat euch euer Lehrer keine Literaturhinweise gegeben?
Wenn Du googeln willst.
Reynoldszahl, Bernoulli-Gleichung, laminare Strömung:

Dann macht ihr eine entsprechende Grafik, seht ob ihr eine
Funktion durch Eure Messwerte legen könnt. Dazu müsst Ihr ein
bisschen Statistik betreiben.

Meinst Du damit ein konkretes Programm, oder reicht da Excel?

Ich meinte eigentlich rechnen. Das kann man auch selbst machen
Lineare Regression kann jeder bessere Taschenrechner.
Dazu wäre allerdings zunächst zu klären, ob ihr überhaupt eine Fehlerbetrachtung machen müsst und welchen mathematischen HIntergrund ihr habt.

Auf der angegebenen Seite habt ihr die Messwerte einfach
verbunden. Mit welchem Grund?
Wenn Ihr glaubt, zwischen den Messungen linear interpolieren
zu können, müsst ihr das begründen.

Die Grafik, die in dem Worddokument ist, haben wir nur
benutzt, um die unterschiedlichen Zeiten der Körper leichter
vergleichen zu können. Die Grafik hat keine physikalische
Formel als Grundlage.

Das ist schon klar, Wenn ihr die Punkte verbindet, macht ihr aber damit eine Aussage. Die müsstet ihr begründen.

Im übrigen finde ich Livornos mail auch sehr hilfreich. Hinterfragt mal euren Versuchsaufbau in Hinblick auf die Fragestellung.

Max