Hallo,
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/WWW/Auftrieb.PDF
Auftrieb erzeugt also nur der Volumenanteil, den ich als
Va markiert habe( transformiert in einen gleich
großen Zylinderring. Der Zylinderanteil Vz über
der Fläche A = 10cm² bringt also nur Druck von oben
(Va + Vz = 40cm³).
Nun hat man aber tatsächlich das Problem, dass z
nicht so ohne weiteres zu ermitteln ist.
Das zeigen auch die beiden Grenzfälle in der unteren Zeile
der Skizze, die IMHO alle Anforderungen der Aufgabestellung
einhalten, oder?
Nach meinen Überlegungen hängt die Ablöse-Höhe des Ventils
nicht von z ab. Wenn Du den Auftrieb unbedingt explizit
ausrechnen willst und dafür dann das z brauchst, könnte es ja
sein,dass z wegen des Folgenden
Der Auftrieb ist also ein Funktion von z bzw. vom Winkel.
Die Kraft die aber nach unten drückt ist auch von z abhängig,
denn bei gleicher Wasserhöhe h ändert sich die Wassersäule
h-z, welche auf die obere Kegelfläche drückt.
herausfällt. Trotzdem finde ich meine Methode (die Du bisher
nicht kommentiert hast) einfacher und übersichtlicher.
Die kann ich leider nicht nachvollziehen.
Betrachtet man die Grenzfälle, so sieht man doch, dass
bei einem Kegelwinkel -> 0 (Zylinder) kein Auftrieb
erfolgt und beim echten Kegel max. Auftrieb.
Beim Zylinder wäre mit V=40cm³ und A=10cm² z = 4cm
auch einfach zu bestimmen.
Da liegt z schon mal über der Lösung von h = 3,4cm,
was ja eh nicht sein kann, weil h > z gelten soll, oder?
Wie willst du die Volumina Va (Auftriebsvolumen)
und Vz (Zylindervolumen über der Fläche A) anteilmäßig
bestimmen, wenn der Kegelwinkel nicht bekannt ist?
Für den anderen Extremfall „echter Kegel“ habe ich mal
nachgerechnet.
Da ist der Teil unter der Bodenfläche mit A=10cm² und
V=20cm³ genau 6,0cm lang. 20cm³ = 1/3 x 10cm² x 6cm.
Dann wäre der gesamte Kegel (dreifaches Volumen = 60cm³)
genau [Dritte Wurzel(3)] x 6cm hoch = ca. 8,6535cm
Damit wäre die obere Kreisfläche ca. 20,8cm²
(Radius=2,574cm).
Kegelwinkel ist dann übrigens ca. 18,4° (nicht mehr benötigt)
Daraus resultiert z = ca. 2,65cm.
Das „tote“ Zylindervolumen über A ist dann ca. 55,2cm³
Als Auftriebsvolumen bleiben da nur ca. 4,8cm³
Da die Dichte des Körpers aber das 0,1-fache von Wasser ist,
reicht das IMHO nie um genügend Auftrieb zu bringen.
Dazu müßten mind. 6cm³ Auftriebsvolumen wirken.
Vielleicht war es ja am Ende auch der Sinn der Fragestellung,
durch eine Grenzwertbetrachtung zu solchem Ergebnis zu kommen?
Habe ich dabei nun einen groben Denkfehler?
Gruß Uwi