IronPhoenix

Benutzer

Registrierungsdatum: 24. Oktober 2009

Beiträge: 48

Physikwissen: Physikstudium

Beruf: Student Diplom-Physik

1

Donnerstag, 26. November 2009, 15:46

Archimedisches Prinzip

Hi Physikfreunde,

ich habe eine Frage zum Archimedischen Prinzip ("Der Auftrieb ist gegengleich der Gewichtskraft des verdraengten Mediums.").
Betrachten wir eine inkompressible (und daher homogene) Fluessigkeit. Die Schwerebeschleunigung sei konstant.
Den hydrostatischen Druck berechnet man dann einfach durch das Grundgesetz der Mechanik (Newton II). Nun bringe man einen Koerper (es sei ein starrer Festkoerper) in das Medium ein. Wendet man die zuvor berechnete Formel fuer den hydrostatischen Druck auf die Oberflaeche des Koerpers an, so erhaelt man das Archimedische Prinzip.
Muesste sich nicht aber der hydrostatische Druck durch Einbringen des Koerpers aendern? Die Dichte des Koerpers muss ja nicht gleich der Dichte der Fluessigkeit sein!
Ist das Archimedische Prinzip in dem Sinne also (nur) eine Naeherung???
Oder stimmt es doch angesichts des hydrostatischen Paradoxons???
*040* *044* *idee*
  • Zum Seitenanfang

Nachteule

Benutzer

Registrierungsdatum: 25. August 2008

Beiträge: 479

Physikwissen: Physikstudium

2

Freitag, 27. November 2009, 16:22

Es ist keine Näherung. Trotz der geringeren Dichte des Körpers bleibet der Druck aufgrund der Höhe des Flüssigkeitspegels exakt berechenbar. Der Körper verändert quasi die Form des Gefäses. Er kann jedoch nur sowei aus der Flüssigkeit herausragen, wie dies durch den Hydrostatischen Druck ermöglicht wird.

Grüße
Nachteule
  • Zum Seitenanfang

IronPhoenix

Benutzer

Registrierungsdatum: 24. Oktober 2009

Beiträge: 48

Physikwissen: Physikstudium

Beruf: Student Diplom-Physik

3

Samstag, 12. Dezember 2009, 16:26

Ok. Und wie beweist man dann das hydrostatische Paradoxon? *040*
  • Zum Seitenanfang

vanhees71

Benutzer

Registrierungsdatum: 24. Juni 2009

Beiträge: 645

Physikwissen: abgeschlossenes Physikstudium

Wohnort: Gießen

Beruf: Postdoc (Theoretische Schwerionenphysik)

4

Samstag, 12. Dezember 2009, 19:22

Integriere den Spannungs- (bzw. Drucktensor) über die Randfläche des Volumens des eintauchenden Körpers. Für eine homogene isotrope Flüssigkeit ist dieser durch

\sigma_{ij}=-p \delta_{ij}

gegeben. Es gilt also für die gesamte Kraft, die die Flüssigkeit auf den Körper ausübt


F_i=\int_{\partial V} \dd S_j \sigma_{ij} = -\int_{\partial V} \dd S_i \; p.

Das läßt sich wiederum mit dem Gaußschen Statz umformen


F_i=-\int_V \dd^3 r \; \grad p

Nun ist aber der hydrostatische Druck im Schwerefeld der Erde durch

p=\rho \vec{g} \vec{r},

wo \rho die Dichte der Flüssigkeit (!) ist, gegeben. Damit ist aber

-\grad p=-\rho \vec{g}

und damit

\vec{F}=-\vec{g} \int_V \dd^3 r \rho=-m_{\text{verdrängte Flüssigkeit}} \vec{g}.

Die Kraft ist also entgegengesetzt zur Schwerebeschleunigung gerichtet, und ihre Größe ist durch das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit gegeben. Das ist das Archmedische Auftriebsprinzip. Wo da ein Paradoxon ist, weiß ich allerdings nicht. *hüpf*
Physik-FAQhttp://theory.gsi.de/~vanhees/faq/index.html
  • Zum Seitenanfang

IronPhoenix

Benutzer

Registrierungsdatum: 24. Oktober 2009

Beiträge: 48

Physikwissen: Physikstudium

Beruf: Student Diplom-Physik

5

Mittwoch, 17. März 2010, 21:35

Das hydrostatische Paradoxon besagt, dass der Flüssigkeitsstand in kommunizierenden Gefäßen (abgesehen von Kapillaritätseffekten) gleich ist.

Gemäß dem Archimedischen Prinzip ist der Schweredruck nur von der Tiefe abhängig.

Das kann man einfach rechnen (wie e.g. auch auf der Wikipedia).

Wie aber folgt daraus das hydrostatische Paradoxon?
  • Zum Seitenanfang

lambda

Moderator

Registrierungsdatum: 12. Oktober 2007

Beiträge: 1 605

Physikwissen: Gymnasium Leistungskurs

Wohnort: Hessen

Beruf: Das, was man als Interessierter in der Zeit zwischen Abi und Studium so macht.

6

Mittwoch, 17. März 2010, 21:37

Wie aber folgt daraus das hydrostatische Paradoxon?

Dann überlege doch einfach mal. *hüpf*
somewhere, something incredible is waiting to be known. (Carl Sagan)


\\ \\ \colorbox{white}{$\textcolor{black}{R_{\mu\nu}-\dfrac{1}{2}g_{\mu\nu}R=\kappa  T_{\mu\nu}}$}
  • Zum Seitenanfang

IronPhoenix

Benutzer

Registrierungsdatum: 24. Oktober 2009

Beiträge: 48

Physikwissen: Physikstudium

Beruf: Student Diplom-Physik

7

Samstag, 20. März 2010, 13:36

Soweit ich das verstehe, folgt daraus dass bei gleichen Flüssigkeitsständen ein Gleichgewichtszustand herrscht.

Das heißt aber nicht, dass der Gleichgewichtszustand automatisch angenommen wird. In der Praxis geschieht dies wohl durch Reibung mit den Gefäßwänden, da der besagte Gleichgewichtszustand stabil ist. *044*
  • Zum Seitenanfang

vanhees71

Benutzer

Registrierungsdatum: 24. Juni 2009

Beiträge: 645

Physikwissen: abgeschlossenes Physikstudium

Wohnort: Gießen

Beruf: Postdoc (Theoretische Schwerionenphysik)

8

Samstag, 20. März 2010, 16:56

Das ist richtig. Hättest Du keinen Gleichgewichtszustand und gäbe es keine Reibung, würde die Flüssigkeit einfach ewig hin- und herschwingen. Als kleine Übungsaufgabe kannst Du ja mal versuchen, die Frequenz dieser Schwingungen auszurechnen. *hüpf*
Physik-FAQhttp://theory.gsi.de/~vanhees/faq/index.html
  • Zum Seitenanfang