Ein Fass mit 100l Wasser wird abgelassen, dabei wird Luft angesogen.
Wie kann ich den entstehenden Sog/ Unterdruck berechnen und ist dieser von der Größe der Zuluftöffnung abhängig?
Danke im Voraus!
Es fließt volumenmäßig so viel Luft nach wie Wasser raus, das gibt dir den Volumenstrom. Die Geschwindigkeit bekommst du durch Teilen durch den Öffnungsquerschnitt.
Wenn die Öffnung nicht sehr klein ist, wird sich der Druck im Faß nicht merklich ändern.
Hm Saugt das Wasser wirklich die Luft an oder drückt die Luft das Wasser raus?
Die Sache ist kompliziert.
In einer gewissen Tiefe t erzeugt eine Flüssigkeit alleine durch ihr Gewicht einen Druck von p= g * rho * t, wobei rho die Dichte ist (Für Wasser etwa 1000kg/m³)
Erzeugst du irgendwo ein Loch, aus dem das Wasser ausströmen kann, so herrscht dort von außen der Umgebungs-Luftdruck, der gleich dem direkt innen hinter dem Loch entspricht. Dadurch herrscht ganz oben in dem Fass eben ein Unterdruck, der sich mit der Formel berechnen lässt.
Gibt es oben bereits eine Luftblase, dehnt die sich durch den Unterdruck aus, es fließt Wasser unten raus, und der Wasserspiegel sinkt. Dadurch wird der Unterdruck nicht so hoch wie ohne Luftblase.
Machst du auch oben ein Loch rein, hängt es natürlich sehr davon ab, wie groß es ist. Ein Loch von einem dünnen Nagel ist so klein, daß es einen sehr hohen Widerstand für die einströmende Luft bietet. Sie strömt nur sehr langsam ein, und du wirst weiterhin einen Unterdruck bekommen, der von der Höhe der Flüssigkeit abhängt. Entfernst du dagegen den gesamten Deckel, strömt die Luft sofort nach, und da ist gar nix mit Unterdruck.
Es ist schwierig, das alles genau zu berechnen, es hängt von der Viskosität der Luft und des Wassers aus, und eben auch vorn der Form und Größe der Löcher oben und unten. Mit der Formel kannst du zumindest berechnen, wie groß der Unterdruck ist.
Das Wasser fließt von selber raus, wenn es das Faß oder eine Steigleitung > 10m hoch ist. Ansonsten kann bei genügend kleiner Öffnung der äußere Luftdruck dem Wasser Widerstand bieten. Und diesen Luftwiderstand kann die durchs Loch nachrückende Luft kompensieren helfen. Aber man kann es auch anders sehen.
Ich denke, ich muß die Frage besser formulieren: Mich interessiert, mit welcher Kraft die einströmende Luft angesaugt wird, indem das Wasser abfließt, bzw. welche Kraft die einströmende Luft selbst mitbringt, indem sie angesaugt wird, etwa um sie zu nutzen.
Wie berechne ich das?
Gut: Ich habe 100Kg Wasser, die in einer gewissen Geschwindigkeit, sagen wir: 30sek. abfließen.
Da die angesaugte Luft aber deutlich weniger wiegt, müsste doch theoretisch deren Beschleunigung herangezogen werden, also: F = m-Luft x a, oder?