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Strömungslehre - Hydrostatik

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Strömungslehre

Hydrostatik

Die Hydrostatik widmet sich der Untersuchung des Verhaltens von Fluiden ohne Relativbewegung zwischen den Fluidelementen.

Wasserspeicher
Wasserspeicher

Dieser Zustand liegt vor, wenn einer der beiden folgenden Zustände auftritt:

  1. Das Fluid befindet sich in einem Ruhezustand und die einzige wirkende Kraft ist die Schwerkraft.
  2. Das Fluid bewegt sich als starrer Körper, wie es bei konstanten Beschleunigungen oder auch Zentrifugalbeschleunigungen der Fall ist.

Merke

In beiden Fällen treten im Fluid weder Geschwindigkeitsgradienten noch Schubspannungen auf.

Entsprechend sind die Spannungen, die von dem umgebenden Fluid (oder der festen Berandung) auf die Oberfläche eines Flüssigkeitsvolumens ausgeübt werden an jeder Position normal zur Oberfläche gerichtet. Diese Normalspannungen können ausschließlich Druckspannungen sein, da Zugspannungen von einem Fluid nicht aufgenommen werden können.

Lernziel / Inhalt dieses Kapitels:

In diesem Kapitel wird zunächst gezeigt, dass ideale Fluide richtungsunabhängig sind, d.h., dass der Druck in einem Punkt richtungsunabhängig gleich groß ist. Anschließend folgt die Einführung des hydrostatischen Drucks eines Fluids und im Weiteren die Druckkräfte, welche auf Behälterwände wirken. Hier unterscheidet man zwischen vertikalen- und horizontalen Kräften, welche zu einer resultierenden Druckkraft zusammengefasst werden können. Desweiteren wird die hydrostatische Antriebskraft und das hydrostatische Paradoxon näher betrachtet. Ersteres betrachtet Körper innerhalb eines Fluids und deren Aufwärts- und Abwärtsbewegung, zweiteres beschäftigt sich mit dem Druck am Behälterboden. Dabei werden Sie erlernen, dass der Bodendruck für unterschiedliche Behälter mit verschiedenen Gefäßen gleich groß ist, sofern derselbe Bodenquerschnitt vorliegt, sich dieselbe Flüssigkeit innerhalb der Behälter befindet und die Behälterböden identische Tiefen aufweisen. In einem späteren Abschnitt folgen dann die Themen Druckkräfte auf geneigte Flächen sowie gekrümmte Flächen und in diesem Zusammenhang die Einführung von geschichteten Fluiden und die Betrachtung von Hydrostatik in bewegten Behältern.