Moin,
ein senkrechter Zylinder mit 10 cm Durchmesser mit einem Kolben darin. Der Kolben passt natürlich so genau, dass er keine Luft nach oben durchlassen kann, wie bei einem Motor eben. Dieser Zylinder mit Kolben ragt nun senkrecht ins Wasser (10 m). Oben schaut er so weit aus dem Wasser, dass keines reinläuft. Unten am Kolben, also in 10 m Wassertiefe befindet sich ein Rückschlag- oder Überdruckventil. Egal wie es heißt, es soll jedenfalls nur Luft raus, aber kein Wasser reinlassen. In 10 m Tiefe sollte es also bei ca. 2 Bar öffen, glaube ich jedenfalls.
Jetzt die Frage: Welche Gewichtskraft, bzw. wie schwer muss der Kolben sein, dass er sich durch sein Eigengewicht nach unten bewegt, und die Luft im Zylinder durch das Ventil ins Wasser drückt.
Bonusfrage: Wie groß ist die Kraft, um den Kolben wieder nach oben zu ziehen. Reibung ist wieder einzubeziehen, aber Unterdruck und sowas kann vernachlässigt werden.
ein senkrechter Zylinder mit 10 cm Durchmesser mit einem
Kolben darin. Der Kolben passt natürlich so genau, dass er
keine Luft nach oben durchlassen kann, wie bei einem Motor
eben. Dieser Zylinder mit Kolben ragt nun senkrecht ins Wasser
(10 m). Oben schaut er so weit aus dem Wasser, dass keines
reinläuft. Unten am Kolben, also in 10 m Wassertiefe befindet
sich ein Rückschlag- oder Überdruckventil. Egal wie es heißt,
es soll jedenfalls nur Luft raus, aber kein Wasser reinlassen.
In 10 m Tiefe sollte es also bei ca. 2 Bar öffen, glaube ich
jedenfalls.
Ein solches Ventil sieht immer nur den Druckunterschied zwischen seinen beiden Seiten. In 10 m Tiefe bei oben offenem Zylinder ist das 1 bar.
Jetzt die Frage: Welche Gewichtskraft, bzw. wie schwer muss
der Kolben sein, dass er sich durch sein Eigengewicht nach
unten bewegt, und die Luft im Zylinder durch das Ventil ins
Wasser drückt.
Der Kolben muß den im Zylinder vorhandenen Luftdruck von ca. 1 bar um nochmals 1 bar erhöhen, d.h. er muß pro cm² etwa 1 kg wiegen, macht knapp 80 kg.
Bonusfrage: Wie groß ist die Kraft, um den Kolben wieder nach
oben zu ziehen. Reibung ist wieder einzubeziehen, aber
Unterdruck und sowas kann vernachlässigt werden.
Von Reibung war im ersten Teil der Aufgabe nicht die Rede. Ohne Reibung und Unterdruck ist das Ganze recht uninteressant - um 80 kg anzuheben braucht man knapp 800 N.