6. Übungsblatt zur Vorlesung Physik für Pharmazeuten und

6. Übungsblatt zur Vorlesung Physik für Pharmazeuten und Biologen
Vorlesung am 22. Mai 2015
Besprechung: Übungen am 28. Mai 2015
Ausgabedatum:
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Druck in Flüssigkeiten
Ein ausgewachsener afrikanischer Elefantenbulle erreicht eine Masse von mE = 5 t. Seine Fuÿächen haben einen
Durchmesser von DE = 50 cm und können als kreisförmig angenommen werden. Auf eine Fuÿäche wirke 14 der
Gewichtskraft des Elefanten.
a)
Eine Frau der Masse mF = 60 kg trage Schuhe mit Pfennigabsätzen. Die Absätze liegen mit einer kreisförmigen
Fläche auf dem Boden auf. Der Durchmesser dieser Fläche betrage DF = 1 cm. Auf einen Absatz wirke ebenfalls
1
4 der Gewichtskraft der Frau.
Vergleichen Sie den Druck (Kraft pro Fläche) den Elefant und Frau mit den Absätzen auf den Boden, auf dem sie
stehen, ausüben!
Welche Druckdierenz ∆p herrscht zwischen einem Punkt an der Wassseroberäche auf Meereshöhe und einem
Punkt in t = 100 m Wassertiefe? Die Dichte von Wasser betrage ρW asser = 1, 0 cmg 3 und der Luftdruck auf
Meereshöhe betrage p0 = 1013 hP a.
b)
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Frischwasserreservoir
Ein Frischwasserreservoir für einen kleinen Ort wurde auf einem Hügel (Höhe hH = 10 m) errichtet. Die maximale
Füllstandshöhe des Wasserbecken betrage hw = 80 dm, der Radius des Reservoirs sei 7 m. Die Dichte des Wassers
betrage ρ = 1.0 cmg 3 . Die Erdbeschleunigung betrage g = 9, 81 sm2 .
Bis zu welchem Stockwerk (Stockwerkhöhe hS = 250 cm) könnten Wohnungen in einem Hochhaus ohne eine
zusätzliche Pumpe versorgt werden, wenn das Reservoir komplett gefüllt ist.
a)
Damit das Frischwasserreservoir immer gefüllt bleibt, wird Grundwasser aus einer Tiefe von 100 m in das
Reservoir gepumpt. Welche Hubarbeit wäre notwendig um einmal den gesamten Inhalt des Wasserreservoirs aus
einer Tiefe von 100 m herauf zu heben? Vernachlässigen Sie dabei die Höhe des Wasserspiegels im Gefäÿ. Geben
sie das Ergebnis in Joule an.
b)
Welche Leistung würde eine Pumpe unter Berücksichtigung der Arbeit aus Teilaufgabe
für den Pumpvorgang 10 Stunden benötigt? Geben sie ihr Ergebnis in Watt an.
c)
b)
erbringen, wenn sie
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Reynolds-Zahl
Berechnen sie die Reynolds-Zahl für Blut in der Aorta ausgehend von einer Flussgeschwindigkeit von 32 cm
s . Der
kg
Radius der Aorta betrage 1, 0 cm. Die Viskosität und die Dichte von Blut wurde mit 4.2 mP as und 1055 m
3
abgeschätzt. Handelt es sich eher um eine laminare oder eine turbulente Strömung?
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Hydraulische Presse
An einer Hydraulischen Presse, wie abgebildet, muss die Kraft F1 = 24 N aufgebracht werden, um das Gewicht der
Masse m auf konstanter Höhe zu halten. Der Kolben, auf den die Kraft F1 wirkt, habe eine Fläche von A1 = 120 cm2 .
Der Kolben, auf dem die Masse m stehe habe eine Fläche von A2 = 0, 4 m2 .
a)
Berechnen Sie die Masse m des Gewichts!
Welche Druckdierenz ∆p herrscht an Punkt P zwischen der Innen- und der Auÿenseite des Kolbens? Berücksichtigen Sie hierbei auch den Schweredruck der Flüssigkeit! Die Dichte der Flüssigkeit betrage ρF l = 0, 9 cmg 3 , der
Ortsfaktor g = 9, 81 sm2 .
b)
c)
Welche Arbeit W wird an der Masse verrichtet, wenn sie m um ∆h = 12 cm angehoben wird?

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