széchenyi istván egyetem műszaki tudományi kar...

63
Széchenyi István Egyetem Műszaki Tudományi Kar Mechatronika és Gépszerkezettan Tanszék javított és bővített változat, 2010. Összeállította: Író Béla A javításban és a bővítésben közreműködött: Baracskai Melinda

Upload: others

Post on 02-Sep-2019

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Szeacutechenyi Istvaacuten Egyetem Műszaki Tudomaacutenyi Kar Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

javiacutetott eacutes bőviacutetett vaacuteltozat 2010

Oumlsszeaacutelliacutetotta Iacuteroacute Beacutela A javiacutetaacutesban eacutes a bőviacuteteacutesben koumlzreműkoumldoumltt Baracskai Melinda

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

263

Peacuteldataacuter

Ha kuumlloumln nincs jelezve akkor a feladatok megoldaacutesaacutenaacutel a gravitaacutecioacutes gyorsulaacutest minden esetben 10 ms2 eacuterteacutekűnek lehet venni

IK1 feladat Hataacuterozza meg a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacutekeacutet egy 800 mm hosszuacutesaacuteguacute csonka kuacutep alakuacute 100200 mm aacutetmeacuterőjű keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben koumlzeacutepuumltt A 100 mm aacutetmeacuterőjű keresztmetszeten

aacutet beleacutepő folyadeacutek ( 3 1000mkg

) sebesseacutege 20 ms eacutes időben aacutellandoacute

A megoldaacutes hellip

IK2 feladat Egy konfuacutezorban a sebesseacuteg vaacuteltozaacutesaacutet a c=2+x2 fuumlggveacuteny iacuterja le Itt rsquoxrsquo a konfuacutezor tengelyeacutevel paacuterhuzamosan eacutertendő Hataacuterozza meg a lokaacutelis eacutes a konvektiacutev gyorsulaacutes nagysaacutegaacutet a konfuacutezor koumlzeacutepvonalaacuteban a beleacutepeacutestől 1 m-re A megoldaacutes hellip

IK3 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel egy olyan csatornaacuteba oumlmlik ki a viacutez ahol szinteacuten aacutellandoacute a viacutezszint de alacsonyabb a tartaacutelyban leacutevőneacutel A tartaacutelyban a viacutezszint felett 07 bar tuacutelnyomaacutes a csatornaacuteban leacutevő viacutez felett pedig a leacutegkoumlri nyomaacutes uralkodik melynek neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar

h1=11 m h2=13 h3=19 m d=50 mm

d

pt

h1

h2

h3

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

363

Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel a csatornaacuteba aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet literperc meacuterteacutekegyseacutegben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3) A megoldaacutes hellip

IK4 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel a szabadba oumlmlik ki a viacutez A tartaacutelyban a viacutezszint felett 530 Pa vaacutekuum uralkodik A leacutegkoumlri nyomaacutes neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kifolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet literperc meacuterteacutekegyseacuteg-ben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3)

A megoldaacutes hellip

IK5 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel a viacutez egy olyan maacutesik tartaacutelyba oumlmlik aacutet ahol a viacutez felett 900 Pa tuacutelnyomaacutes van A leacutegkoumlri nyomaacutes neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kifolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet m3perc meacuterteacutekegyseacutegben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3)

h1=18 m h2=07 d=75 mm

d

pv

h2

h1

po

h1=16 m h2=05 m d=8 cm h3=151 m

d

po

h2

h1

pt

h3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

463

A megoldaacutes hellip

IK6 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel a viacutez a szabadba oumlmlik ki A leacutegkoumlri nyomaacutes neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kifolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet liters meacuterteacutekegyseacutegben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3)

A megoldaacutes hellip

IK7 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=15 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve eacutes a viacuteztuumlkoumlr felett 05 bar tuacutelnyomaacutes uralkodik Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki percenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=50 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet ha a tartaacutely a=12 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

h1=16 m h2=05 m d=100 mm

d

po

h2

h1

po

h

d

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

563

IK8 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=09 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve eacutes a viacuteztuumlkoumlr felett 3700 Pa vaacutekuum uralkodik Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki percenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=35 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet a szabadba ha a tartaacutely a=18 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK9 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=12 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki maacutesodpercenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=63 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet a szabadba ha a tartaacutely a=2 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK10 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute nagy meacuteretű tartaacutely eacutes a csatlakozoacute ferde cső fel van toumlltve viacutezzel A ferde cső veacutegeacuten megnyitva az elzaacuteroacute szerelveacutenyt megindul a viacutez kiaacuteramlaacutesa Hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kiaacuteramloacute viacutez kezdeti gyorsulaacutesaacutet eacutes azt hogy stacionaacuterius aacutellapotban a

h

d

pv

a

h

d

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

663

kiaacuteramloacute viacutezsugaacuter a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesaacutenak szintjeacutetől szaacutemiacutetva milyen legnagyobb magassaacutegig emelkedik A tartaacutelyban 09 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK11 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute keacutet nagy meacuteretű tartaacutely a rajzon mutatott meacuterteacutekig fel van toumlltve viacutezzel eacutes egy 63 m hosszuacute csővel van oumlsszekoumltve Hataacuterozzuk meg hogy mekkora lesz a kezdeti gyorsulaacutes az oumlsszekoumltő csőbe beeacutepiacutetett elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesaacutenak pillanataacuteban A baloldali tartaacutelyban a folyadeacutek felsziacutene felett vaacutekuum van eacuterteacuteke 48900 Pa A jobboldali tartaacutelyban 0023 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK12 feladat

Pv

63 m

4 m

pt

27 m

pt

1 m

2 m

30o

4 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

763

Mennyi idő alatt uumlruumll ki szabad kifolyaacutessal az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott aacutelloacute hengeres 25 m belső aacutetmeacuterőjű viacuteztartaacutely mely 3 m magassaacutegig van megtoumlltve A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 80 mm (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK13 feladat Haacuteny perc alatt uumlruumll ki az a csonka kuacutep alakuacute tartaacutely melyben 4 m magassaacutegig van viacutez A tartaacutely aljaacuten az aacutetmeacuterő 21 m a 4 m magassaacutegban leacutevő szinten pedig 36 m A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 60 mm (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK14 feladat Mennyi idő alatt uumlruumll ki az a 16 m hosszuacute 51 m aacutetmeacuterőjű fekvő henger alakuacute tartaacutelykocsi melyben 421 m magassaacutegig van viacutez A kifolyoacutenyiacutelaacutes 80 mm aacutetmeacuterőjű (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK15 feladat Mekkora erővel kell nyomni az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendő dugattyuacutejaacutet abban a pillanatban amikor a dugattyuacute eacuteppen a megjeloumllt gyorsulaacutessal mozog eacutes a folyadeacutek eacuteppen megadott sebesseacuteggel aacuteramlik ki a fecskendő veacutegeacuten a szabadba (=1000 kgm3 g=10 msec2)

3 m

80 mm

25 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

863

A megoldaacutes hellip

IK16 feladat Mekkora gyorsulaacutessal indul meg a folyadeacutek az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendőből abban a pillanatban amikor a dugattyuacutet az adott erővel megindiacutetjuk (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK17 feladat A csővezeteacutek teacuterfogataacuteramaacutenak meacutereacuteseacutere az aacutebraacuten laacutethatoacute szűkuumllő majd bővuumllő csőtoldatot az uacuten Venturi csoumlvet is lehet hasznaacutelni

10 cm 10 cm

a= 1 ms2

c= 1 ms

10 mm 2 mm

d1

d2

h

18 cm 10 cm

F= 085 N

9 mm 085 mm mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

963

A legszűkebb keresztmetszet legyen 62 mm a csővezeteacutek aacutetmeacuterője melybe beeacutepiacutetetteacutek legyen 150 mm Teacutetelezzuumlk fel hogy a legszűkebb keresztmetszet eacutes a csővezeteacutek valamely aacuteramlaacutes iraacutenyaacuteba eső taacutevolabbi pontja koumlzeacute beiktatott higany toumllteacutesű U-csoumlves manomeacuteter 476 mm szintkuumlloumlnbseacuteget mutat Hataacuterozzuk meg a csővezeteacutekben aacuteramloacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet A veszteseacutegeket elhanyagolhatjuk eacutes az aacuteramlaacutes legyen stacionaacuterius

A megoldaacutes hellip

IK18 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső nyitott tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 25 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK19 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban eacutes a felsőben a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

80 c

m

29

m

24

m

1350 Pa

50 c

m

90 c

m

31

m

35

m

11000 Pa

38 c

m

2300 Pa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1063

A megoldaacutes hellip

IK20 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja A felső tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett vaacutekuum uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK21 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) szaacutelliacutethatoacute viacutezmennyiseacuteget Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=350 mm h=05 m ω=10 rads d=20 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

90 c

m

35 c

m

35

m

38 c

m

17500 Pa

h

r

d

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

263

Peacuteldataacuter

Ha kuumlloumln nincs jelezve akkor a feladatok megoldaacutesaacutenaacutel a gravitaacutecioacutes gyorsulaacutest minden esetben 10 ms2 eacuterteacutekűnek lehet venni

IK1 feladat Hataacuterozza meg a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacutekeacutet egy 800 mm hosszuacutesaacuteguacute csonka kuacutep alakuacute 100200 mm aacutetmeacuterőjű keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben koumlzeacutepuumltt A 100 mm aacutetmeacuterőjű keresztmetszeten

aacutet beleacutepő folyadeacutek ( 3 1000mkg

) sebesseacutege 20 ms eacutes időben aacutellandoacute

A megoldaacutes hellip

IK2 feladat Egy konfuacutezorban a sebesseacuteg vaacuteltozaacutesaacutet a c=2+x2 fuumlggveacuteny iacuterja le Itt rsquoxrsquo a konfuacutezor tengelyeacutevel paacuterhuzamosan eacutertendő Hataacuterozza meg a lokaacutelis eacutes a konvektiacutev gyorsulaacutes nagysaacutegaacutet a konfuacutezor koumlzeacutepvonalaacuteban a beleacutepeacutestől 1 m-re A megoldaacutes hellip

IK3 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel egy olyan csatornaacuteba oumlmlik ki a viacutez ahol szinteacuten aacutellandoacute a viacutezszint de alacsonyabb a tartaacutelyban leacutevőneacutel A tartaacutelyban a viacutezszint felett 07 bar tuacutelnyomaacutes a csatornaacuteban leacutevő viacutez felett pedig a leacutegkoumlri nyomaacutes uralkodik melynek neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar

h1=11 m h2=13 h3=19 m d=50 mm

d

pt

h1

h2

h3

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

363

Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel a csatornaacuteba aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet literperc meacuterteacutekegyseacutegben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3) A megoldaacutes hellip

IK4 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel a szabadba oumlmlik ki a viacutez A tartaacutelyban a viacutezszint felett 530 Pa vaacutekuum uralkodik A leacutegkoumlri nyomaacutes neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kifolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet literperc meacuterteacutekegyseacuteg-ben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3)

A megoldaacutes hellip

IK5 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel a viacutez egy olyan maacutesik tartaacutelyba oumlmlik aacutet ahol a viacutez felett 900 Pa tuacutelnyomaacutes van A leacutegkoumlri nyomaacutes neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kifolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet m3perc meacuterteacutekegyseacutegben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3)

h1=18 m h2=07 d=75 mm

d

pv

h2

h1

po

h1=16 m h2=05 m d=8 cm h3=151 m

d

po

h2

h1

pt

h3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

463

A megoldaacutes hellip

IK6 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel a viacutez a szabadba oumlmlik ki A leacutegkoumlri nyomaacutes neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kifolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet liters meacuterteacutekegyseacutegben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3)

A megoldaacutes hellip

IK7 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=15 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve eacutes a viacuteztuumlkoumlr felett 05 bar tuacutelnyomaacutes uralkodik Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki percenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=50 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet ha a tartaacutely a=12 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

h1=16 m h2=05 m d=100 mm

d

po

h2

h1

po

h

d

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

563

IK8 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=09 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve eacutes a viacuteztuumlkoumlr felett 3700 Pa vaacutekuum uralkodik Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki percenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=35 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet a szabadba ha a tartaacutely a=18 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK9 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=12 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki maacutesodpercenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=63 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet a szabadba ha a tartaacutely a=2 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK10 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute nagy meacuteretű tartaacutely eacutes a csatlakozoacute ferde cső fel van toumlltve viacutezzel A ferde cső veacutegeacuten megnyitva az elzaacuteroacute szerelveacutenyt megindul a viacutez kiaacuteramlaacutesa Hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kiaacuteramloacute viacutez kezdeti gyorsulaacutesaacutet eacutes azt hogy stacionaacuterius aacutellapotban a

h

d

pv

a

h

d

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

663

kiaacuteramloacute viacutezsugaacuter a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesaacutenak szintjeacutetől szaacutemiacutetva milyen legnagyobb magassaacutegig emelkedik A tartaacutelyban 09 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK11 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute keacutet nagy meacuteretű tartaacutely a rajzon mutatott meacuterteacutekig fel van toumlltve viacutezzel eacutes egy 63 m hosszuacute csővel van oumlsszekoumltve Hataacuterozzuk meg hogy mekkora lesz a kezdeti gyorsulaacutes az oumlsszekoumltő csőbe beeacutepiacutetett elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesaacutenak pillanataacuteban A baloldali tartaacutelyban a folyadeacutek felsziacutene felett vaacutekuum van eacuterteacuteke 48900 Pa A jobboldali tartaacutelyban 0023 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK12 feladat

Pv

63 m

4 m

pt

27 m

pt

1 m

2 m

30o

4 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

763

Mennyi idő alatt uumlruumll ki szabad kifolyaacutessal az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott aacutelloacute hengeres 25 m belső aacutetmeacuterőjű viacuteztartaacutely mely 3 m magassaacutegig van megtoumlltve A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 80 mm (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK13 feladat Haacuteny perc alatt uumlruumll ki az a csonka kuacutep alakuacute tartaacutely melyben 4 m magassaacutegig van viacutez A tartaacutely aljaacuten az aacutetmeacuterő 21 m a 4 m magassaacutegban leacutevő szinten pedig 36 m A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 60 mm (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK14 feladat Mennyi idő alatt uumlruumll ki az a 16 m hosszuacute 51 m aacutetmeacuterőjű fekvő henger alakuacute tartaacutelykocsi melyben 421 m magassaacutegig van viacutez A kifolyoacutenyiacutelaacutes 80 mm aacutetmeacuterőjű (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK15 feladat Mekkora erővel kell nyomni az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendő dugattyuacutejaacutet abban a pillanatban amikor a dugattyuacute eacuteppen a megjeloumllt gyorsulaacutessal mozog eacutes a folyadeacutek eacuteppen megadott sebesseacuteggel aacuteramlik ki a fecskendő veacutegeacuten a szabadba (=1000 kgm3 g=10 msec2)

3 m

80 mm

25 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

863

A megoldaacutes hellip

IK16 feladat Mekkora gyorsulaacutessal indul meg a folyadeacutek az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendőből abban a pillanatban amikor a dugattyuacutet az adott erővel megindiacutetjuk (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK17 feladat A csővezeteacutek teacuterfogataacuteramaacutenak meacutereacuteseacutere az aacutebraacuten laacutethatoacute szűkuumllő majd bővuumllő csőtoldatot az uacuten Venturi csoumlvet is lehet hasznaacutelni

10 cm 10 cm

a= 1 ms2

c= 1 ms

10 mm 2 mm

d1

d2

h

18 cm 10 cm

F= 085 N

9 mm 085 mm mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

963

A legszűkebb keresztmetszet legyen 62 mm a csővezeteacutek aacutetmeacuterője melybe beeacutepiacutetetteacutek legyen 150 mm Teacutetelezzuumlk fel hogy a legszűkebb keresztmetszet eacutes a csővezeteacutek valamely aacuteramlaacutes iraacutenyaacuteba eső taacutevolabbi pontja koumlzeacute beiktatott higany toumllteacutesű U-csoumlves manomeacuteter 476 mm szintkuumlloumlnbseacuteget mutat Hataacuterozzuk meg a csővezeteacutekben aacuteramloacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet A veszteseacutegeket elhanyagolhatjuk eacutes az aacuteramlaacutes legyen stacionaacuterius

A megoldaacutes hellip

IK18 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső nyitott tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 25 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK19 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban eacutes a felsőben a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

80 c

m

29

m

24

m

1350 Pa

50 c

m

90 c

m

31

m

35

m

11000 Pa

38 c

m

2300 Pa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1063

A megoldaacutes hellip

IK20 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja A felső tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett vaacutekuum uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK21 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) szaacutelliacutethatoacute viacutezmennyiseacuteget Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=350 mm h=05 m ω=10 rads d=20 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

90 c

m

35 c

m

35

m

38 c

m

17500 Pa

h

r

d

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

363

Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel a csatornaacuteba aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet literperc meacuterteacutekegyseacutegben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3) A megoldaacutes hellip

IK4 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel a szabadba oumlmlik ki a viacutez A tartaacutelyban a viacutezszint felett 530 Pa vaacutekuum uralkodik A leacutegkoumlri nyomaacutes neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kifolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet literperc meacuterteacutekegyseacuteg-ben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3)

A megoldaacutes hellip

IK5 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel a viacutez egy olyan maacutesik tartaacutelyba oumlmlik aacutet ahol a viacutez felett 900 Pa tuacutelnyomaacutes van A leacutegkoumlri nyomaacutes neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kifolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet m3perc meacuterteacutekegyseacutegben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3)

h1=18 m h2=07 d=75 mm

d

pv

h2

h1

po

h1=16 m h2=05 m d=8 cm h3=151 m

d

po

h2

h1

pt

h3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

463

A megoldaacutes hellip

IK6 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel a viacutez a szabadba oumlmlik ki A leacutegkoumlri nyomaacutes neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kifolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet liters meacuterteacutekegyseacutegben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3)

A megoldaacutes hellip

IK7 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=15 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve eacutes a viacuteztuumlkoumlr felett 05 bar tuacutelnyomaacutes uralkodik Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki percenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=50 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet ha a tartaacutely a=12 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

h1=16 m h2=05 m d=100 mm

d

po

h2

h1

po

h

d

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

563

IK8 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=09 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve eacutes a viacuteztuumlkoumlr felett 3700 Pa vaacutekuum uralkodik Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki percenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=35 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet a szabadba ha a tartaacutely a=18 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK9 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=12 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki maacutesodpercenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=63 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet a szabadba ha a tartaacutely a=2 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK10 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute nagy meacuteretű tartaacutely eacutes a csatlakozoacute ferde cső fel van toumlltve viacutezzel A ferde cső veacutegeacuten megnyitva az elzaacuteroacute szerelveacutenyt megindul a viacutez kiaacuteramlaacutesa Hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kiaacuteramloacute viacutez kezdeti gyorsulaacutesaacutet eacutes azt hogy stacionaacuterius aacutellapotban a

h

d

pv

a

h

d

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

663

kiaacuteramloacute viacutezsugaacuter a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesaacutenak szintjeacutetől szaacutemiacutetva milyen legnagyobb magassaacutegig emelkedik A tartaacutelyban 09 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK11 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute keacutet nagy meacuteretű tartaacutely a rajzon mutatott meacuterteacutekig fel van toumlltve viacutezzel eacutes egy 63 m hosszuacute csővel van oumlsszekoumltve Hataacuterozzuk meg hogy mekkora lesz a kezdeti gyorsulaacutes az oumlsszekoumltő csőbe beeacutepiacutetett elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesaacutenak pillanataacuteban A baloldali tartaacutelyban a folyadeacutek felsziacutene felett vaacutekuum van eacuterteacuteke 48900 Pa A jobboldali tartaacutelyban 0023 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK12 feladat

Pv

63 m

4 m

pt

27 m

pt

1 m

2 m

30o

4 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

763

Mennyi idő alatt uumlruumll ki szabad kifolyaacutessal az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott aacutelloacute hengeres 25 m belső aacutetmeacuterőjű viacuteztartaacutely mely 3 m magassaacutegig van megtoumlltve A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 80 mm (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK13 feladat Haacuteny perc alatt uumlruumll ki az a csonka kuacutep alakuacute tartaacutely melyben 4 m magassaacutegig van viacutez A tartaacutely aljaacuten az aacutetmeacuterő 21 m a 4 m magassaacutegban leacutevő szinten pedig 36 m A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 60 mm (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK14 feladat Mennyi idő alatt uumlruumll ki az a 16 m hosszuacute 51 m aacutetmeacuterőjű fekvő henger alakuacute tartaacutelykocsi melyben 421 m magassaacutegig van viacutez A kifolyoacutenyiacutelaacutes 80 mm aacutetmeacuterőjű (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK15 feladat Mekkora erővel kell nyomni az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendő dugattyuacutejaacutet abban a pillanatban amikor a dugattyuacute eacuteppen a megjeloumllt gyorsulaacutessal mozog eacutes a folyadeacutek eacuteppen megadott sebesseacuteggel aacuteramlik ki a fecskendő veacutegeacuten a szabadba (=1000 kgm3 g=10 msec2)

3 m

80 mm

25 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

863

A megoldaacutes hellip

IK16 feladat Mekkora gyorsulaacutessal indul meg a folyadeacutek az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendőből abban a pillanatban amikor a dugattyuacutet az adott erővel megindiacutetjuk (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK17 feladat A csővezeteacutek teacuterfogataacuteramaacutenak meacutereacuteseacutere az aacutebraacuten laacutethatoacute szűkuumllő majd bővuumllő csőtoldatot az uacuten Venturi csoumlvet is lehet hasznaacutelni

10 cm 10 cm

a= 1 ms2

c= 1 ms

10 mm 2 mm

d1

d2

h

18 cm 10 cm

F= 085 N

9 mm 085 mm mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

963

A legszűkebb keresztmetszet legyen 62 mm a csővezeteacutek aacutetmeacuterője melybe beeacutepiacutetetteacutek legyen 150 mm Teacutetelezzuumlk fel hogy a legszűkebb keresztmetszet eacutes a csővezeteacutek valamely aacuteramlaacutes iraacutenyaacuteba eső taacutevolabbi pontja koumlzeacute beiktatott higany toumllteacutesű U-csoumlves manomeacuteter 476 mm szintkuumlloumlnbseacuteget mutat Hataacuterozzuk meg a csővezeteacutekben aacuteramloacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet A veszteseacutegeket elhanyagolhatjuk eacutes az aacuteramlaacutes legyen stacionaacuterius

A megoldaacutes hellip

IK18 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső nyitott tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 25 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK19 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban eacutes a felsőben a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

80 c

m

29

m

24

m

1350 Pa

50 c

m

90 c

m

31

m

35

m

11000 Pa

38 c

m

2300 Pa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1063

A megoldaacutes hellip

IK20 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja A felső tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett vaacutekuum uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK21 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) szaacutelliacutethatoacute viacutezmennyiseacuteget Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=350 mm h=05 m ω=10 rads d=20 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

90 c

m

35 c

m

35

m

38 c

m

17500 Pa

h

r

d

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

463

A megoldaacutes hellip

IK6 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutelyban gyakorlatilag aacutellandoacute a viacutezszint magassaacutega A tartaacutelyboacutel a viacutez a szabadba oumlmlik ki A leacutegkoumlri nyomaacutes neacutevleges eacuterteacuteke po=1 bar Ideaacutelis koumlruumllmeacutenyeket felteacutetelezve hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kifolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet liters meacuterteacutekegyseacutegben (A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3)

A megoldaacutes hellip

IK7 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=15 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve eacutes a viacuteztuumlkoumlr felett 05 bar tuacutelnyomaacutes uralkodik Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki percenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=50 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet ha a tartaacutely a=12 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

h1=16 m h2=05 m d=100 mm

d

po

h2

h1

po

h

d

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

563

IK8 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=09 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve eacutes a viacuteztuumlkoumlr felett 3700 Pa vaacutekuum uralkodik Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki percenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=35 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet a szabadba ha a tartaacutely a=18 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK9 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=12 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki maacutesodpercenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=63 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet a szabadba ha a tartaacutely a=2 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK10 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute nagy meacuteretű tartaacutely eacutes a csatlakozoacute ferde cső fel van toumlltve viacutezzel A ferde cső veacutegeacuten megnyitva az elzaacuteroacute szerelveacutenyt megindul a viacutez kiaacuteramlaacutesa Hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kiaacuteramloacute viacutez kezdeti gyorsulaacutesaacutet eacutes azt hogy stacionaacuterius aacutellapotban a

h

d

pv

a

h

d

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

663

kiaacuteramloacute viacutezsugaacuter a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesaacutenak szintjeacutetől szaacutemiacutetva milyen legnagyobb magassaacutegig emelkedik A tartaacutelyban 09 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK11 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute keacutet nagy meacuteretű tartaacutely a rajzon mutatott meacuterteacutekig fel van toumlltve viacutezzel eacutes egy 63 m hosszuacute csővel van oumlsszekoumltve Hataacuterozzuk meg hogy mekkora lesz a kezdeti gyorsulaacutes az oumlsszekoumltő csőbe beeacutepiacutetett elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesaacutenak pillanataacuteban A baloldali tartaacutelyban a folyadeacutek felsziacutene felett vaacutekuum van eacuterteacuteke 48900 Pa A jobboldali tartaacutelyban 0023 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK12 feladat

Pv

63 m

4 m

pt

27 m

pt

1 m

2 m

30o

4 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

763

Mennyi idő alatt uumlruumll ki szabad kifolyaacutessal az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott aacutelloacute hengeres 25 m belső aacutetmeacuterőjű viacuteztartaacutely mely 3 m magassaacutegig van megtoumlltve A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 80 mm (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK13 feladat Haacuteny perc alatt uumlruumll ki az a csonka kuacutep alakuacute tartaacutely melyben 4 m magassaacutegig van viacutez A tartaacutely aljaacuten az aacutetmeacuterő 21 m a 4 m magassaacutegban leacutevő szinten pedig 36 m A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 60 mm (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK14 feladat Mennyi idő alatt uumlruumll ki az a 16 m hosszuacute 51 m aacutetmeacuterőjű fekvő henger alakuacute tartaacutelykocsi melyben 421 m magassaacutegig van viacutez A kifolyoacutenyiacutelaacutes 80 mm aacutetmeacuterőjű (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK15 feladat Mekkora erővel kell nyomni az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendő dugattyuacutejaacutet abban a pillanatban amikor a dugattyuacute eacuteppen a megjeloumllt gyorsulaacutessal mozog eacutes a folyadeacutek eacuteppen megadott sebesseacuteggel aacuteramlik ki a fecskendő veacutegeacuten a szabadba (=1000 kgm3 g=10 msec2)

3 m

80 mm

25 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

863

A megoldaacutes hellip

IK16 feladat Mekkora gyorsulaacutessal indul meg a folyadeacutek az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendőből abban a pillanatban amikor a dugattyuacutet az adott erővel megindiacutetjuk (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK17 feladat A csővezeteacutek teacuterfogataacuteramaacutenak meacutereacuteseacutere az aacutebraacuten laacutethatoacute szűkuumllő majd bővuumllő csőtoldatot az uacuten Venturi csoumlvet is lehet hasznaacutelni

10 cm 10 cm

a= 1 ms2

c= 1 ms

10 mm 2 mm

d1

d2

h

18 cm 10 cm

F= 085 N

9 mm 085 mm mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

963

A legszűkebb keresztmetszet legyen 62 mm a csővezeteacutek aacutetmeacuterője melybe beeacutepiacutetetteacutek legyen 150 mm Teacutetelezzuumlk fel hogy a legszűkebb keresztmetszet eacutes a csővezeteacutek valamely aacuteramlaacutes iraacutenyaacuteba eső taacutevolabbi pontja koumlzeacute beiktatott higany toumllteacutesű U-csoumlves manomeacuteter 476 mm szintkuumlloumlnbseacuteget mutat Hataacuterozzuk meg a csővezeteacutekben aacuteramloacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet A veszteseacutegeket elhanyagolhatjuk eacutes az aacuteramlaacutes legyen stacionaacuterius

A megoldaacutes hellip

IK18 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső nyitott tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 25 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK19 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban eacutes a felsőben a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

80 c

m

29

m

24

m

1350 Pa

50 c

m

90 c

m

31

m

35

m

11000 Pa

38 c

m

2300 Pa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1063

A megoldaacutes hellip

IK20 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja A felső tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett vaacutekuum uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK21 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) szaacutelliacutethatoacute viacutezmennyiseacuteget Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=350 mm h=05 m ω=10 rads d=20 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

90 c

m

35 c

m

35

m

38 c

m

17500 Pa

h

r

d

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

563

IK8 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=09 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve eacutes a viacuteztuumlkoumlr felett 3700 Pa vaacutekuum uralkodik Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki percenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=35 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet a szabadba ha a tartaacutely a=18 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK9 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott tartaacutely a kioumlmlő nyiacutelaacutes szintjeacutetől szaacutemiacutetott h=12 m magassaacutegig viacutezzel van megtoumlltve Haacuteny liter viacutez aacuteramlik ki maacutesodpercenkeacutent a tartaacutely aljaacuten leacutevő d=63 mm aacutetmeacuterőjű nyiacutelaacuteson aacutet a szabadba ha a tartaacutely a=2 msec2 gyorsulaacutessal a jeloumllt iraacutenyba megindul A tartaacutelyban a viacutezszint-magassaacutegot vegye aacutellandoacutenak (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK10 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute nagy meacuteretű tartaacutely eacutes a csatlakozoacute ferde cső fel van toumlltve viacutezzel A ferde cső veacutegeacuten megnyitva az elzaacuteroacute szerelveacutenyt megindul a viacutez kiaacuteramlaacutesa Hataacuterozzuk meg a tartaacutelyboacutel kiaacuteramloacute viacutez kezdeti gyorsulaacutesaacutet eacutes azt hogy stacionaacuterius aacutellapotban a

h

d

pv

a

h

d

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

663

kiaacuteramloacute viacutezsugaacuter a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesaacutenak szintjeacutetől szaacutemiacutetva milyen legnagyobb magassaacutegig emelkedik A tartaacutelyban 09 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK11 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute keacutet nagy meacuteretű tartaacutely a rajzon mutatott meacuterteacutekig fel van toumlltve viacutezzel eacutes egy 63 m hosszuacute csővel van oumlsszekoumltve Hataacuterozzuk meg hogy mekkora lesz a kezdeti gyorsulaacutes az oumlsszekoumltő csőbe beeacutepiacutetett elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesaacutenak pillanataacuteban A baloldali tartaacutelyban a folyadeacutek felsziacutene felett vaacutekuum van eacuterteacuteke 48900 Pa A jobboldali tartaacutelyban 0023 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK12 feladat

Pv

63 m

4 m

pt

27 m

pt

1 m

2 m

30o

4 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

763

Mennyi idő alatt uumlruumll ki szabad kifolyaacutessal az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott aacutelloacute hengeres 25 m belső aacutetmeacuterőjű viacuteztartaacutely mely 3 m magassaacutegig van megtoumlltve A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 80 mm (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK13 feladat Haacuteny perc alatt uumlruumll ki az a csonka kuacutep alakuacute tartaacutely melyben 4 m magassaacutegig van viacutez A tartaacutely aljaacuten az aacutetmeacuterő 21 m a 4 m magassaacutegban leacutevő szinten pedig 36 m A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 60 mm (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK14 feladat Mennyi idő alatt uumlruumll ki az a 16 m hosszuacute 51 m aacutetmeacuterőjű fekvő henger alakuacute tartaacutelykocsi melyben 421 m magassaacutegig van viacutez A kifolyoacutenyiacutelaacutes 80 mm aacutetmeacuterőjű (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK15 feladat Mekkora erővel kell nyomni az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendő dugattyuacutejaacutet abban a pillanatban amikor a dugattyuacute eacuteppen a megjeloumllt gyorsulaacutessal mozog eacutes a folyadeacutek eacuteppen megadott sebesseacuteggel aacuteramlik ki a fecskendő veacutegeacuten a szabadba (=1000 kgm3 g=10 msec2)

3 m

80 mm

25 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

863

A megoldaacutes hellip

IK16 feladat Mekkora gyorsulaacutessal indul meg a folyadeacutek az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendőből abban a pillanatban amikor a dugattyuacutet az adott erővel megindiacutetjuk (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK17 feladat A csővezeteacutek teacuterfogataacuteramaacutenak meacutereacuteseacutere az aacutebraacuten laacutethatoacute szűkuumllő majd bővuumllő csőtoldatot az uacuten Venturi csoumlvet is lehet hasznaacutelni

10 cm 10 cm

a= 1 ms2

c= 1 ms

10 mm 2 mm

d1

d2

h

18 cm 10 cm

F= 085 N

9 mm 085 mm mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

963

A legszűkebb keresztmetszet legyen 62 mm a csővezeteacutek aacutetmeacuterője melybe beeacutepiacutetetteacutek legyen 150 mm Teacutetelezzuumlk fel hogy a legszűkebb keresztmetszet eacutes a csővezeteacutek valamely aacuteramlaacutes iraacutenyaacuteba eső taacutevolabbi pontja koumlzeacute beiktatott higany toumllteacutesű U-csoumlves manomeacuteter 476 mm szintkuumlloumlnbseacuteget mutat Hataacuterozzuk meg a csővezeteacutekben aacuteramloacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet A veszteseacutegeket elhanyagolhatjuk eacutes az aacuteramlaacutes legyen stacionaacuterius

A megoldaacutes hellip

IK18 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső nyitott tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 25 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK19 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban eacutes a felsőben a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

80 c

m

29

m

24

m

1350 Pa

50 c

m

90 c

m

31

m

35

m

11000 Pa

38 c

m

2300 Pa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1063

A megoldaacutes hellip

IK20 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja A felső tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett vaacutekuum uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK21 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) szaacutelliacutethatoacute viacutezmennyiseacuteget Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=350 mm h=05 m ω=10 rads d=20 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

90 c

m

35 c

m

35

m

38 c

m

17500 Pa

h

r

d

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

663

kiaacuteramloacute viacutezsugaacuter a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesaacutenak szintjeacutetől szaacutemiacutetva milyen legnagyobb magassaacutegig emelkedik A tartaacutelyban 09 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK11 feladat Az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute keacutet nagy meacuteretű tartaacutely a rajzon mutatott meacuterteacutekig fel van toumlltve viacutezzel eacutes egy 63 m hosszuacute csővel van oumlsszekoumltve Hataacuterozzuk meg hogy mekkora lesz a kezdeti gyorsulaacutes az oumlsszekoumltő csőbe beeacutepiacutetett elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesaacutenak pillanataacuteban A baloldali tartaacutelyban a folyadeacutek felsziacutene felett vaacutekuum van eacuterteacuteke 48900 Pa A jobboldali tartaacutelyban 0023 bar tuacutelnyomaacutes van (=1000 kgm3 g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK12 feladat

Pv

63 m

4 m

pt

27 m

pt

1 m

2 m

30o

4 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

763

Mennyi idő alatt uumlruumll ki szabad kifolyaacutessal az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott aacutelloacute hengeres 25 m belső aacutetmeacuterőjű viacuteztartaacutely mely 3 m magassaacutegig van megtoumlltve A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 80 mm (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK13 feladat Haacuteny perc alatt uumlruumll ki az a csonka kuacutep alakuacute tartaacutely melyben 4 m magassaacutegig van viacutez A tartaacutely aljaacuten az aacutetmeacuterő 21 m a 4 m magassaacutegban leacutevő szinten pedig 36 m A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 60 mm (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK14 feladat Mennyi idő alatt uumlruumll ki az a 16 m hosszuacute 51 m aacutetmeacuterőjű fekvő henger alakuacute tartaacutelykocsi melyben 421 m magassaacutegig van viacutez A kifolyoacutenyiacutelaacutes 80 mm aacutetmeacuterőjű (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK15 feladat Mekkora erővel kell nyomni az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendő dugattyuacutejaacutet abban a pillanatban amikor a dugattyuacute eacuteppen a megjeloumllt gyorsulaacutessal mozog eacutes a folyadeacutek eacuteppen megadott sebesseacuteggel aacuteramlik ki a fecskendő veacutegeacuten a szabadba (=1000 kgm3 g=10 msec2)

3 m

80 mm

25 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

863

A megoldaacutes hellip

IK16 feladat Mekkora gyorsulaacutessal indul meg a folyadeacutek az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendőből abban a pillanatban amikor a dugattyuacutet az adott erővel megindiacutetjuk (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK17 feladat A csővezeteacutek teacuterfogataacuteramaacutenak meacutereacuteseacutere az aacutebraacuten laacutethatoacute szűkuumllő majd bővuumllő csőtoldatot az uacuten Venturi csoumlvet is lehet hasznaacutelni

10 cm 10 cm

a= 1 ms2

c= 1 ms

10 mm 2 mm

d1

d2

h

18 cm 10 cm

F= 085 N

9 mm 085 mm mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

963

A legszűkebb keresztmetszet legyen 62 mm a csővezeteacutek aacutetmeacuterője melybe beeacutepiacutetetteacutek legyen 150 mm Teacutetelezzuumlk fel hogy a legszűkebb keresztmetszet eacutes a csővezeteacutek valamely aacuteramlaacutes iraacutenyaacuteba eső taacutevolabbi pontja koumlzeacute beiktatott higany toumllteacutesű U-csoumlves manomeacuteter 476 mm szintkuumlloumlnbseacuteget mutat Hataacuterozzuk meg a csővezeteacutekben aacuteramloacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet A veszteseacutegeket elhanyagolhatjuk eacutes az aacuteramlaacutes legyen stacionaacuterius

A megoldaacutes hellip

IK18 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső nyitott tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 25 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK19 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban eacutes a felsőben a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

80 c

m

29

m

24

m

1350 Pa

50 c

m

90 c

m

31

m

35

m

11000 Pa

38 c

m

2300 Pa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1063

A megoldaacutes hellip

IK20 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja A felső tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett vaacutekuum uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK21 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) szaacutelliacutethatoacute viacutezmennyiseacuteget Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=350 mm h=05 m ω=10 rads d=20 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

90 c

m

35 c

m

35

m

38 c

m

17500 Pa

h

r

d

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

763

Mennyi idő alatt uumlruumll ki szabad kifolyaacutessal az aacutebraacuten laacutethatoacute nyitott aacutelloacute hengeres 25 m belső aacutetmeacuterőjű viacuteztartaacutely mely 3 m magassaacutegig van megtoumlltve A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 80 mm (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK13 feladat Haacuteny perc alatt uumlruumll ki az a csonka kuacutep alakuacute tartaacutely melyben 4 m magassaacutegig van viacutez A tartaacutely aljaacuten az aacutetmeacuterő 21 m a 4 m magassaacutegban leacutevő szinten pedig 36 m A kioumlmlőnyiacutelaacutes aacutetmeacuterője 60 mm (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK14 feladat Mennyi idő alatt uumlruumll ki az a 16 m hosszuacute 51 m aacutetmeacuterőjű fekvő henger alakuacute tartaacutelykocsi melyben 421 m magassaacutegig van viacutez A kifolyoacutenyiacutelaacutes 80 mm aacutetmeacuterőjű (g=10 msec2) A megoldaacutes hellip

IK15 feladat Mekkora erővel kell nyomni az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendő dugattyuacutejaacutet abban a pillanatban amikor a dugattyuacute eacuteppen a megjeloumllt gyorsulaacutessal mozog eacutes a folyadeacutek eacuteppen megadott sebesseacuteggel aacuteramlik ki a fecskendő veacutegeacuten a szabadba (=1000 kgm3 g=10 msec2)

3 m

80 mm

25 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

863

A megoldaacutes hellip

IK16 feladat Mekkora gyorsulaacutessal indul meg a folyadeacutek az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendőből abban a pillanatban amikor a dugattyuacutet az adott erővel megindiacutetjuk (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK17 feladat A csővezeteacutek teacuterfogataacuteramaacutenak meacutereacuteseacutere az aacutebraacuten laacutethatoacute szűkuumllő majd bővuumllő csőtoldatot az uacuten Venturi csoumlvet is lehet hasznaacutelni

10 cm 10 cm

a= 1 ms2

c= 1 ms

10 mm 2 mm

d1

d2

h

18 cm 10 cm

F= 085 N

9 mm 085 mm mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

963

A legszűkebb keresztmetszet legyen 62 mm a csővezeteacutek aacutetmeacuterője melybe beeacutepiacutetetteacutek legyen 150 mm Teacutetelezzuumlk fel hogy a legszűkebb keresztmetszet eacutes a csővezeteacutek valamely aacuteramlaacutes iraacutenyaacuteba eső taacutevolabbi pontja koumlzeacute beiktatott higany toumllteacutesű U-csoumlves manomeacuteter 476 mm szintkuumlloumlnbseacuteget mutat Hataacuterozzuk meg a csővezeteacutekben aacuteramloacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet A veszteseacutegeket elhanyagolhatjuk eacutes az aacuteramlaacutes legyen stacionaacuterius

A megoldaacutes hellip

IK18 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső nyitott tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 25 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK19 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban eacutes a felsőben a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

80 c

m

29

m

24

m

1350 Pa

50 c

m

90 c

m

31

m

35

m

11000 Pa

38 c

m

2300 Pa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1063

A megoldaacutes hellip

IK20 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja A felső tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett vaacutekuum uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK21 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) szaacutelliacutethatoacute viacutezmennyiseacuteget Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=350 mm h=05 m ω=10 rads d=20 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

90 c

m

35 c

m

35

m

38 c

m

17500 Pa

h

r

d

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

863

A megoldaacutes hellip

IK16 feladat Mekkora gyorsulaacutessal indul meg a folyadeacutek az aacutebraacuten laacutethatoacute fecskendőből abban a pillanatban amikor a dugattyuacutet az adott erővel megindiacutetjuk (g=10 msec2)

A megoldaacutes hellip

IK17 feladat A csővezeteacutek teacuterfogataacuteramaacutenak meacutereacuteseacutere az aacutebraacuten laacutethatoacute szűkuumllő majd bővuumllő csőtoldatot az uacuten Venturi csoumlvet is lehet hasznaacutelni

10 cm 10 cm

a= 1 ms2

c= 1 ms

10 mm 2 mm

d1

d2

h

18 cm 10 cm

F= 085 N

9 mm 085 mm mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

963

A legszűkebb keresztmetszet legyen 62 mm a csővezeteacutek aacutetmeacuterője melybe beeacutepiacutetetteacutek legyen 150 mm Teacutetelezzuumlk fel hogy a legszűkebb keresztmetszet eacutes a csővezeteacutek valamely aacuteramlaacutes iraacutenyaacuteba eső taacutevolabbi pontja koumlzeacute beiktatott higany toumllteacutesű U-csoumlves manomeacuteter 476 mm szintkuumlloumlnbseacuteget mutat Hataacuterozzuk meg a csővezeteacutekben aacuteramloacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet A veszteseacutegeket elhanyagolhatjuk eacutes az aacuteramlaacutes legyen stacionaacuterius

A megoldaacutes hellip

IK18 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső nyitott tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 25 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK19 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban eacutes a felsőben a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

80 c

m

29

m

24

m

1350 Pa

50 c

m

90 c

m

31

m

35

m

11000 Pa

38 c

m

2300 Pa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1063

A megoldaacutes hellip

IK20 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja A felső tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett vaacutekuum uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK21 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) szaacutelliacutethatoacute viacutezmennyiseacuteget Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=350 mm h=05 m ω=10 rads d=20 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

90 c

m

35 c

m

35

m

38 c

m

17500 Pa

h

r

d

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

963

A legszűkebb keresztmetszet legyen 62 mm a csővezeteacutek aacutetmeacuterője melybe beeacutepiacutetetteacutek legyen 150 mm Teacutetelezzuumlk fel hogy a legszűkebb keresztmetszet eacutes a csővezeteacutek valamely aacuteramlaacutes iraacutenyaacuteba eső taacutevolabbi pontja koumlzeacute beiktatott higany toumllteacutesű U-csoumlves manomeacuteter 476 mm szintkuumlloumlnbseacuteget mutat Hataacuterozzuk meg a csővezeteacutekben aacuteramloacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutet A veszteseacutegeket elhanyagolhatjuk eacutes az aacuteramlaacutes legyen stacionaacuterius

A megoldaacutes hellip

IK18 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső nyitott tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 25 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK19 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja Az alsoacute tartaacutelyban eacutes a felsőben a viacutez felsziacutene felett a jelzett tuacutelnyomaacutes uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

80 c

m

29

m

24

m

1350 Pa

50 c

m

90 c

m

31

m

35

m

11000 Pa

38 c

m

2300 Pa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1063

A megoldaacutes hellip

IK20 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja A felső tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett vaacutekuum uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK21 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) szaacutelliacutethatoacute viacutezmennyiseacuteget Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=350 mm h=05 m ω=10 rads d=20 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

90 c

m

35 c

m

35

m

38 c

m

17500 Pa

h

r

d

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1063

A megoldaacutes hellip

IK20 feladat Hataacuterozza meg hogy a felső tartaacutelyboacutel percenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet az alsoacuteba a 32 mm aacutetmeacuterőjű csoumlvoumln A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel eacutes a suacuterloacutedaacutes hataacutesaacutet figyelmen kiacutevuumll hagyhatja A felső tartaacutelyban a viacutez felsziacutene felett a jelzett vaacutekuum uralkodik (=1000 kgm3 g=10 ms2 po=1 bar)

A megoldaacutes hellip

IK21 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) szaacutelliacutethatoacute viacutezmennyiseacuteget Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=350 mm h=05 m ω=10 rads d=20 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

90 c

m

35 c

m

35

m

38 c

m

17500 Pa

h

r

d

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1163

IK22 feladat Hataacuterozzuk meg hogy az alsoacute vaacutekuum alatt leacutevő tartaacutelyboacutel percenkeacutent mennyi viacutez szivattyuacutezhatoacute ki a szabadba az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacuteval (Segner-kereacutek) Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok pv=6500 Pa r=400 mm h=1 m ω=32 rads d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK23 feladat Mekkora percenkeacutenti fordulat-szaacutemmal kell forgatni az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet hogy a szaacutelliacutetott viacutez teacuterfogat-aacuterama 132 literperc legyen Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=280 mm h=12 m d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

d

pv

po

h

r

n

d

po

po

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1263

IK24 feladat Mekkora legnagyobb magassaacutegra keacutepes vizet szaacutelliacutetani az aacutebraacuten laacutethatoacute egyszerű szivattyuacutet ha a percenkeacutenti fordulatszaacutema 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=30 cm d=30 mm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK25 feladat Hataacuterozzuk meg az aacutebraacuten vaacutezolt Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 15 fokos szoumlget zaacuternak be Mennyi folyadeacutek folyik le maacutesodpercenkeacutent a tartaacutelyboacutel a 35 cm aacutetmeacuterőjű ejtőcsoumlvoumln aacutet veszteseacutegmentes esetben Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel Az aacutebraacuten megjeloumllt eacutes a tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok h1=2 m h2=1 m r=45 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h

r

n

d

po

po

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1363

IK26 feladat Hataacuterozzuk meg a Segner-kerekes kerti locsoloacute maximaacutelis percenkeacutenti fordulatszaacutemaacutet ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt ha tudjuk hogy a haacuteloacutezati viacuteznyomaacutes 26 bar tuacutelnyomaacutes a locsoloacute aacutetmeacuterője 75 cm eacutes a kileacutepő csőszaacutej a keruumlleti eacuterintővel nagyjaacuteboacutel 35o-os szoumlget zaacuter be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel

A megoldaacutes hellip

IK27 feladat Mekkora legyen az 1 meacuteteres aacutetmeacuterőjű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbinaacutet taacuteplaacuteloacute viacutez eseacutese ha a fordulatszaacutemot a percenkeacutenti 1000 eacuterteacutekeacuten akarjuk tartani Teacutetelezzuumlk fel hogy a Segner-kereacutek hajliacutetott veacutegei a forgaacutesi koumlrpaacutelya eacuterintőjeacutevel 20 fokos szoumlget zaacuternak be Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

IK28 feladat Egy 25 meacuteteres eseacutesű Segner-kerekes egyszerű viacutezturbina fordulatszaacutemaacutet a hajliacutetott cső kialakiacutetaacutesaacuteval akarjuk maximaacutelni Milyen szoumlget zaacuterjon be a hajliacutetott cső a keruumlleti eacuterintővel ha a fordulatszaacutem maximuma ideaacutelis koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt sem lehet nagyobb mint a percenkeacutenti 250 Az aacuteramlaacutest stacionaacuteriusnak teacutetelezheti fel A tovaacutebbi szuumlkseacuteges adatok r=60 cm =1000 kgm3 g=10 msec2

A megoldaacutes hellip

h1

h2

r

h1

h2

r

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1463

IK29 feladat Hataacuterozzuk meg a 30 bar tuacutelnyomaacutes alatt aacutelloacute tartaacutelyboacutel a szabadba kiaacuteramloacute ideaacutelis gaacuteznak tekinthető CO2 gaacutez sebesseacutegeacutet A gaacutez hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 15 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK30 feladat Mekkora aacutetmeacuterőjű legyen a kioumlmlőnyiacutelaacutes azon a 75 bar tuacutelnyomaacutesuacute rakeacutetahajtoacuteművoumln melyen aacutet maacutesodpercenkeacutent 25 kg oxigeacutengaacutezt akarunk kiaacuteramoltatni Az oxigeacuten hőmeacuterseacuteklete a tartaacutelyban 20 oC A jelenseacuteget stacionaacuteriusnak teacutetelezze fel

A megoldaacutes hellip

IK31 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet 30 oC hőmeacuterseacutekletű levegőben A levegő gaacutezaacutellandoacuteja 287 (JkgK) adiabatikus aacutellandoacuteja 14

A megoldaacutes hellip

IK32 feladat

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1563

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti 493 N suacutelyuacute (neacutegyzet keresztmetszetű) testre a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacutek aacuteltal kifejtett erő nagysaacutegaacutet eacutes iraacutenyaacutet A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes eacutes suacuterloacutedaacutesmentes A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK33 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute gyakorlatilag suacutelytalannak tekinthető lapaacutetot 5 ms sebesseacuteggel eacuterkező A= 150 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK34 feladat

23A

13A

A 30c

13A

A

23A

45o

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1663

Hataacuterozza meg az aacutebra szerinti test suacutelyaacutet ha tudja hogy az a stacionaacuteriusan aacuteramloacute folyadeacuteksugaacuter elleneacuteben egy viacutezszintes erővel tarthatoacute egyensuacutelyban Mekkora ez az erő A folyadeacuteksugaacuter c=10 ms sebesseacutegű keresztmetszete A= 10 cm2 A suacuterloacutedaacutest eacutes a folyadeacutek suacutelyaacutet hanyagolja el A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK35 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute kialakiacutetaacutesuacute 46 kg toumlmegű lapaacutetot 38 ms sebesseacuteggel eacuterkező A=78 cm2 keresztmetszetű viacutezsugaacuter taacutemad meg Hataacuterozza meg az u=12 ms sebesseacuteggel jobbra haladoacute lapaacuteton eacutebredő reakcioacuteerő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponenseacutenek nagysaacutegaacutet A szaacutemiacutetaacutesok soraacuten teacutetelezze fel hogy az aacuteramlaacutes keacutetdimenzioacutes suacuterloacutedaacutesmentes eacutes egy fuumlggőleges siacutekban zajlik le A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK36 feladat Hataacuterozza meg a toumlmlőveacutegre erősiacutetett fecskendőre hatoacute erő nagysaacutegaacutet A fecskendőből maacutesodpercenkeacutent 50 liter viacutez taacutevozik (po=1 bar =1000 kgm3 ) A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

45A

15A

A

135o

35A

60o

A

c u

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1763

A megoldaacutes hellip

IK37 feladat Egy tűzoltoacutefecskendőn maximaacutelisan 2000 liter vizet bocsaacutetanak aacutet percenkeacutent Mekkora legyen a 100 mm aacutetmeacuterőjű toumlmlő veacutegeacutere csatlakoztatott fecskendő kileacutepő aacutetmeacuterője ha a fecskendő tartaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges erő nem lehet nagyobb 1 kN-naacutel A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK38 feladat Az aacutebra szerinti fecskendő veacutegeacutere csavarokkal van roumlgziacutetve a szűkiacutető elem Elegendő-e a szokaacutesos neacutegy csavar alkalmazaacutesa a roumlgziacuteteacuteshez ha a fecskendőn aacutetbocsaacutetott viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent 2500 liter eacutes egy csavar terhelhetőseacutege max 360 N A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el A folyadeacutek viacutez melynek sűrűseacutege 1000 kgm3

A megoldaacutes hellip

IK39 feladat

110 mm

50 mm

200 mm

100 mm

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1863

Mekkora toloacuteerő eacuterhető el azzal gaacutezsugaacuterral hajtott rakeacutetaacuteval melynek 500 mm kileacutepő aacutetmeacuterőjű Laval-fuacutevoacutekaacuteval ellaacutetott hajtoacuteműveacuten aacutet az uumlzemanyagteacuterben leacutevő 20oC hőmeacuterseacutekletű 60 bar nyomaacutesuacute nitrogeacuten gaacutez expandaacutel atmoszfeacuterikus nyomaacutesra A Laval-fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszete 150 mm A suacuterloacutedaacutest a folyadeacutek eacutes a fecskendő suacutelyaacutet hanyagolja el

A megoldaacutes hellip

IK40 feladat Az aacutebraacuten laacutethatoacute Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutere eacuterkező viacutezsugaacuter sebesseacutege 16 ms aacutetmeacuterője 80 mm Hataacuterozzuk meg a turbina tengelyeacuten jelentkező nyomateacutekot 3 msec keruumlleti sebesseacuteg felteacutetelezeacuteseacutevel eacutes a turbina maximaacutelis teljesiacutetmeacutenyeacutet A lapaacutetozaacutes koumlzeacutepaacutetmeacuterőjeacutehez tartozoacute sugaacuter 2 m a lapaacutetokra eacuterkező folyadeacuteksugaacuter iraacutenyeltereleacuteseacutere jellemző szoumlg 150o azaz α =(150-90)=60o

A megoldaacutes hellip

IK41 feladat Egy 34 m aacutetmeacuterőjű egyszerű viacutezikereacutek keruumlleteacuten 60 cm szeacuteles eacutes 40 cm magas siacutek lapok talaacutelhatoacutek A viacutezikereacutek egy 23 ms sebesseacutegű folyoacuteba meruumll Mekkora a viacutezikereacutek teljesiacutetmeacutenye percenkeacutenti 10-es fordulatszaacutem mellett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK42 feladat

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

1963

Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 80 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 135o A turbinaacutet a sugaacutercső koumlzeacutepvonala felett 80 m aacutellandoacute viacutezszintmagassaacutegot biztosiacutetoacute taacuterozoacutemedenceacuteből taacuteplaacuteljaacutek egy 60 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes a turbina teljesiacutetmeacutenye ha a fordulatszaacutema kereken 500 fordulat percenkeacutent A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK43 feladat Egy Pelton-turbina jaacuteroacutekerekeacutenek jellemzői a koumlvetkezők aacutetmeacuterője 100 cm az iraacutenyeltereleacutesi szoumlg 120o A turbinaacutet egy 50 mm aacutetmeacuterőjű fuacutevoacutekaacuteban veacutegződő csoumlvoumln aacutet taacuteplaacuteljaacutek A turbina teljesiacutetmeacutenye percenkeacutent 500-as fordulatszaacutem mellett 20 kW Mekkora a turbina taacuteplaacutelaacutesaacutehoz oacuteraacutenkeacutent szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg eacutes milyen magas viacutezszintet kell tartani a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute taacuterozoacutemedenceacuteben a fuacutevoacuteka siacutekja felett A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

IK44 feladat Egy 150 mm aacutetmeacuterőjű csővezeteacutek hirtelen 200 mm-re bővuumll Az eacuterkező folyadeacutek sebesseacutege 43 ms nyomaacutesa 34 bar tuacutelnyomaacutes Hataacuterozza meg hogy a hirtelen keresztmetszet-bőviacuteteacutesen toumlrteacutenő aacutethaladaacutes utaacuten mekkora lesz a folyadeacutek sebesseacutege eacutes nyomaacutesa Teacutetelezze fel hogy ideaacutelis folyadeacutek stacionaacuterius aacuteramlaacutesaacuteroacutel van szoacute

( 31000mkg

2sec10 mg )

A megoldaacutes hellip

IK45 feladat Meacutereacutessel megaacutellapiacutetottuk hogy egy hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes soraacuten a nyomaacutes 8900 Pa-al nő Hataacuterozzuk meg hogy maacutesodpercenkeacutent haacuteny liter viacutez folyik aacutet ha tudjuk hogy a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutesneacutel a keacutet aacutetmeacuterő 60 mm eacutes 140 mm A viacutez sűrűseacutegeacutet 1 kgdm3 eacuterteacutekkel vegye figyelembe

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2063

IK46 feladat Mekkora az elmeacuteleti teljesiacutetmeacutenye annak a szeacutelkereacuteknek melynek rotor aacutetmeacuterője 65 m hataacutesfoka pedig 72 A szaacutemiacutetaacutesoknaacutel a szeacutel sebesseacutegeacutet 80 kmh-nak a levegő sűrűseacutegeacutet pedig 122 kgm3-nek vegye Hataacuterozza meg annak az erőnek a nagysaacutegaacutet mely a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban jelentkezik

A megoldaacutes hellip

IK47 feladat Egy tengerjaacuteroacute hajoacutet keacutet darab egyenkeacutent 3 m aacutetmeacuterőjű 65-os propeller hataacutesfokuacute hajoacutecsavar hajt Hataacuterozzuk meg a hajoacutetestre hatoacute koumlzegellenaacutellaacutes eredő nagysaacutegaacutet a maximaacutelis sebesseacuteggel toumlrteacutenő egyenletes sebesseacutegű haladaacuteskor ha tudjuk hogy a hajoacutecsavarnaacutel a viacutez aacuteramlaacutesi sebesseacutege ekkor kb 20 msec eacutes a hajtaacutesi rendszer mechanikai hataacutesfoka koumlzeliacutetőleg 74 A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3

A megoldaacutes hellip

IK48 feladat Adott egy szeacutelkereacutek mely 85 kW hasznos teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat A szeacutelkereacutek aacutetmeacuterője 45 m Hataacuterozzuk meg a szeacutelkereacutekre hatoacute erőt ha a szeacutelkereacutek hataacutesfokaacutet 60 -osnak lehet felteacutetelezni A levegő sűrűseacutegeacutet vegye 11 kgm3 eacuterteacuteknek

A megoldaacutes hellip

IK49 feladat Egy roumlgziacutetett helyzetben leacutevő hajoacutecsavar eseteacuteben meacutereacutessel meghataacuteroztaacutek hogy a hajoacutecsavar siacutekjaacuteban eacutebredő erő 15 kN amikor a hajoacutecsavarnaacutel meacutert teljesiacutetmeacuteny 12 kW Hataacuterozzuk meg a hajoacutecsavarra a propellerhataacutesfokot ha tudjuk hogy a hajoacutecsavart egy olyan aacuteramlaacutesba meriacutetetteacutek melynek sebesseacutege a hajoacutecsavar előtt nagy taacutevolsaacutegban 25 ms

A megoldaacutes hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2163

IK50 feladat Mekkora teljesiacutetmeacutenyt szolgaacuteltat 75 kmh szeacutelsebesseacuteg mellett az a 34 m aacutetmeacuterőjű szeacutelkereacutek melynek hataacutesfoka 65 A levegő sűrűseacutege koumlzeliacutetőleg 115 kgm3 Mekkora erő hat a szeacutelkereacutekre

A megoldaacutes hellip

IK51 feladat Adott egy 23 m hosszuacute 60 mm belső aacutetmeacuterőjű aceacutel cső A csővezeteacutekben viacutez aacuteramlik melynek teacuterfogataacuterama 160 literperc Jelent-e kockaacutezatot a pillanatszerű elzaacuteraacutes ha a csővezeteacutek legfeljebb 10 bar nyomaacutest keacutepes elviselni Legalaacutebb mekkora legyen az elzaacuteraacutes ideje hogy a fent kiszaacutemiacutetott nyomaacutesloumlkeacutes elkeruumllhető legyen A viacutez rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2 A csővezeteacutek falvastagsaacutega 2 mm

A megoldaacutes hellip

IK52 feladat Egy 1000 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 48 mm falvastagsaacuteguacute 5 km hosszuacute taacutevvezeteacuteken oacuteraacutenkeacutent 6600 tonna kőolajat szaacutelliacutetanak Mekkora nyomaacutesloumlkeacutes joumln leacutetre a hirtelen zaacuteraacuteskor eacutes mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes Az olaj sűrűseacutege 091 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 1900 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

A megoldaacutes hellip

IK53 feladat Mekkora nyomaacutesloumlkeacutessel kell szaacutemolni a 19 m hosszuacute 32 mm belső aacutetmeacuterőjű eacutes 16 mm falvastagsaacuteguacute csőben lezajloacute 31 ms sebesseacutegű aacuteramlaacutes hirtelen leaacutelliacutetaacutesakor Mennyi lehet az a minimaacutelis idő amennyi alatt a csővezeteacuteket le lehet zaacuterni uacutegy hogy ne joumljjoumln leacutetre kaacuteros nyomaacutesloumlkeacutes A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2 az aceacuteleacute pedig 200 kNmm2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2263

A megoldaacutes hellip

IK54 feladat Hataacuterozzuk meg a hang terjedeacutesi sebesseacutegeacutet viacutezben A viacutez sűrűseacutege 1 kgdm3 rugalmassaacutegi modulusa 2100 Nmm2

A megoldaacutes hellip

Peacuteldataacuter veacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2363

Megoldaacutesok IK1 feladat megoldaacutesa

A gyorsulaacutes oumlsszefuumlggeacutese xx

zx

yx

xxxx c

xcc

zcc

ycc

xc

tc

dtDc

Mivel cy eacutes cz

egyaraacutent nulla a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacuteben Ebből a lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen zeacuterus hiszen a jelenseacuteg stacionaacuteriuskeacutent volt megadva A konvektiacutev gyorsulaacutes haacuterom tagja koumlzuumll az első kiveacuteteleacutevel mindegyik zeacuterus hiszen csak a keresztmetszet-aacutetmenet tengelyeacutevel paacuterhuzamosan felvett rsquoxrsquo iraacutenyban van aacuteramlaacutes Fel kell iacuternunk hogyan vaacuteltozik a sebesseacuteg a keresztmetszet-aacutetmenet menteacuten

A kontinuitaacutes toumlrveacutenyeacuteből adoacutedoacutean baacutermely keresztmetszetben a sebesseacuteg 2

21

1 ddccx ahol a d

ismeretlen vaacuteltozaacutesa a koumlvetkező moacutedon iacuterhatoacute fel ha figyelembe vesszuumlk hogy csonka kuacutep alakuacute a keresztmetszet-aacutetmenet 11 xxkdd Termeacuteszetesen d1=01 m d2=02 m x1=0 eacutes x2=08 m iacutegy a behelyettesiacuteteacutes utaacuten k=0125 azaz

xd 125010

Ezt behelyettesiacutetve a sebesseacuteg fuumlggveacutenyeacutebe 2

21

1 125010 xdccx

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eredmeacutenye 1250125010 1211 xdc

xc x

Elveacutegezve a sebesseacutegfuumlggveacuteny eacutes a parciaacutelis derivaacutelt szorzaacutesaacutet

34

12

1 1250101250

xdcc

xc

xx

majd a behelyettesiacuteteacutest (x=04 m) a konvektiacutev gyorsulaacutes eacuterteacuteke

2sec 481 makonv

Vissza a feladathoz hellip

IK2 feladat megoldaacutesa A lokaacutelis gyorsulaacutes termeacuteszetesen nulla mivel a sebesseacuteg nem fuumlggveacutenye az időnek

A konvektiacutev gyorsulaacutes zx

yx

xx c

zcc

ycc

xc

A sebesseacutegfuumlggveacutenyt megvizsgaacutelva egyeacutertelmű

hogy csak az első tag kuumlloumlnboumlzik nullaacutetoacutel

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2463

A parciaacutelis derivaacutelaacutes eacutes a szorzaacutes utaacuten 324 xxcx

cx

x

Behelyettesiacutetve a megadott pont

koordinaacutetaacuteit (10) a konvektiacutev gyorsulaacutes 6 ms2 Vissza a feladathoz hellip

IK3 feladat megoldaacutesa Az aacutetfolyoacute viacutez teacuterfogataacuteramaacutenak meghataacuterozaacutesaacutehoz szuumlkseacuteguumlnk van az aacutetfolyaacutesi keresztmetszetre eacutes a kifolyoacute viacutez sebesseacutegeacutere mivel

smAcV

3

Az aacutetfolyaacutesi keresztmetszet nagysaacutega

222

000196 4

005 4

mdA

Az aacutetfolyaacutesi sebesseacuteg meghataacuterozaacutesaacutehoz a Bernoulli-egyenletet kell alkalmaznunk Figyelembe veacuteve hogy a probleacutema stacionaacuterius a kontiacutenuum (viacutez) oumlsszenyomhatatlan az egyetlen hatoacute erőteacuter a gravitaacutecioacutes erőteacuter

eacutes elfogadva hogy a Bernoulli-egyenletet egy aacuteramvonalra iacuterjuk fel a koumlvetkező alakuacute egyenletet kell alkalmaznunk

02

2

1

2

1

2

1

2

pzgc

vagy maacuteskeacutent iacuterva

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

A tetszőlegesen elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacuteban ismernuumlnk kell tehaacutet a sebesseacuteget a nyomaacutest eacutes egy vaacutelasztott alapszint feletti helyzetet megmutatoacute magassaacutegot Az aacuteramvonalat tetszőlegesen keacutepzelhetjuumlk Keacutezenfekvőnek laacutetszik az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő viacutez felsziacuteneacutere helyeznuumlnk a veacutegpontjaacutet pedig az aacutetfolyaacutesi nyiacutelaacutes kileacutepő keresztmetszeteacutebe hiszen az itt eacuterveacutenyes sebesseacuteget akarjuk megkapni

d

pt

h1

h2

h3

po 1

2

Δh

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2563

Megjegyzeacutes a Bernoulli-egyenlet alkalmazaacutesakor minden esetben ceacutelszerű olyan helyen felvenni az aacuteramvonal kezdő eacutes veacutegpontjaacutet ahol a lehető legtoumlbb informaacutecioacuteval rendelkezuumlnk a sebesseacutegről nyomaacutesroacutel eacutes a fontos szerepet jaacutetszoacute szintkuumlloumlnbseacutegről A koumlvetkező taacuteblaacutezatban foglaljuk oumlssze hogy az imeacutent maacuter keacutetszer emliacutetett 3-3 parameacuteter koumlzuumll melyik milyen eacuterteacutekkel veendő figyelembe az adott aacuteramvonalra vonatkozoacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c (ismeretlen) szintmagassaacuteg h3 h1-h2

nyomaacutes pt+po po+Δhmiddotρmiddotg =po+(h2-(h3-h1)middotρmiddotg Mint laacutethatoacute a keacutetszer haacuterom parameacuteter koumlzuumll csak egy ismeretlen van Behelyettesiacutethetuumlnk a Bernoulli-egyenletbe

ghphhgcpphg oto

23

2

3 2

1000

10005010319121000

107010915255 ggcg

105602

170912

gcg

1112

1892

c

smc 49121111892

A keresett teacuterfogataacuteram

percliter

sliter

smAcV 1464 424 024400019604912

3

Megjegyzeacutesek Valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg eacutes a kioumlmlő viacutez teacuterfogataacuteram kisebb a

kiszaacutemiacutetottnaacutel Ennek keacutet oka van A felleacutepő suacuterloacutedaacutesi veszteseacutegek miatt a kioumlmleacutesi sebesseacuteg kisebb Ezt egy

sebesseacutegteacutenyezővel veszik figyelembe mely kiacuteseacuterleti uacuteton hataacuterozhatoacute meg eacutes eacuterteacuteke 1-neacutel kisebb

A kifolyoacutenyiacutelaacutes kialakiacutetaacutesaacutetoacutel fuumlggően a kileacutepő folyadeacuteksugaacuter keresztmetszete kisebb lehet annak teacutenyleges geometriai meacutereteacuteneacutel Ezt a jelenseacuteget egy szűkiacuteteacutesi teacutenyezővel veszik figyelembe mely szinteacuten kisebb 1-neacutel Egyszerűen fuacutert lyuk eseteacuteben a szűkiacuteteacutesi teacutenyező megkoumlzeliacutetheti a 05-et uacuten joacutel legoumlmboumllyiacutetett kifolyoacutenyiacutelaacutesnaacutel (laacutesd a feladatnaacutel bemutatott aacutebraacutet) a szűkiacuteteacutesi teacutenyező joacutel megkoumlzeliacuteti az ideaacutelis 1 eacuterteacuteket

Neacutemely esetben a keacutet emliacutetett teacutenyező szorzatakeacutent kaphatoacute uacuten kioumlmleacutesi szaacutemot adjaacutek meg Vissza a feladathoz hellip

IK4 feladat megoldaacutesa Az IK3 feladat megoldaacutesaacutenaacutel alkalmazott moacutedszert koumlvetve a Bernoulli-egyenlet feliacuteraacutesaacutehoz az aacuteramvonal egyik pontjaacutet a tartaacutelyban az aacutellandoacute magassaacutegban leacutevő folyadeacutekfelsziacutenen a maacutesikat az aacutetoumlmlő nyiacutelaacutes utaacuten helyezzuumlk el keacutepzeletben Ezekre vonatkozoacutean

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2663

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes 105-530 105

A Bernoulli egyenletbe helyettesiacutetve

0

2

20

1 2phgcpphg v

1000107010

21000530108110

525

c

Rendezeacutes utaacuten az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg 457 ms

Az aacutetoumlmleacutesi keresztmetszet 222

0044204

07504

mdA

Az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg azaz a teacuterfogataacuteram

percl

sl

smcAV 1212 220 02020574004420

3

Vissza a feladathoz hellip

IK5 feladat megoldaacutesa Az IK3 eacutes IK4 feladatok megoldaacutesaacutenaacutel elmondottakat koumlvetve felveacuteve az aacuteramvonal keacutet pontjaacutet

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0+900+ρgΔh

Az aacutebra alapjaacuten Δh=h3-h2=101 (m) A Bernoulli-egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes

hgphgcphg

900

20

2

20

1 110910050102

1061102

2 c

Innen az aacutetoumlmleacutesi sebesseacuteg eacuteppen zeacuterus eacutes termeacuteszetesen az időegyseacuteg alatt aacutetoumlmlő mennyiseacuteg is zeacuterus Vissza a feladathoz hellip

IK6 feladat megoldaacutesa Az IK3 az IK4 eacutes az IK5 feladatok megoldaacutesaacutehoz hasonloacutean

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1 h2 nyomaacutes P0 P0

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2763

0

2

20

1 2phgcphg

smc 6944

4

2

dA

sl

smcAV 836 03680

3

Vissza a feladathoz hellip

IK7 feladat megoldaacutesa A Bernoulli-egyenletet a tartaacutelyhoz koumltoumltt eacutes vele egyuumltt mozgoacute koordinaacutetarendszerben kell feliacuterni az 1-es eacutes a 2-es pontok koumlzoumltt Iacutegy az instacionaacuterius tag is kiejthető A helyzeti energia zeacuterus szintjeacutet ceacutelszerű a 2-es ponthoz tenni Az 1-es pontban a nyomaacutes 05+p0 a 2-es pontban pedig p0 A potenciaacutelnaacutel figyelembe kell venni hogy a koordinaacutetarendszer gyorsulva mozog iacutegy benne a szokaacutesos gravitaacutecioacutes gyorsulaacutesnaacutel nagyobb teacutererősseacuteg (12 msec2) mely hozzaacuteadoacutedik a gravitaacutecioacutes erőteacuter teacutererősseacutegeacutehez

Iacutegy a keacutet pontban a folyadeacutek energiatartalmaacutet jellemző alapmennyiseacutegek

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0+Pt P0

Uumlgyelve arra hogy ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuter mellett a gyorsulaacutesboacutel adoacutedoacutean egy lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter is hat meacutegpedig a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel megegyező iraacutenyban a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező

02

0

2pcPphag t

100010

21000105010511210

5255

c

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg

smc 812 23

2

1096314

mdA

Az időegyseacuteg alatt kioumlmlő mennyiseacuteg

percl

sl

smcAV 1500 25 02530

3

Vissza a feladathoz hellip

h

d

1

2

pt

a

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2863

IK8 feladat megoldaacutesa Az IK7 feladathoz keacutepest annyi a leacutenyegi elteacutereacutes hogy a gyorsulaacutes keltette lineaacuteris tehetetlenseacutegi erőteacuter ezuacutettal a gravitaacutecioacutes erőteacuterrel ellenteacutetes hataacutesuacute mivel a tartaacutely lefeleacute gyorsul

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0-Pv P0

0

20

2pcPphahg v

100010

2100037001090819010

525

c

smc 712 24

2

106294

mdA

percl

sl

smcAV 6156 612 10612

33

Vissza a feladathoz hellip

IK9 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h 0 nyomaacutes P0 P0

232

101234

mdA

02

0

2pcphahg

smc 384

sl

smcAV 6513013650

3

A kioumlmleacutesi sebesseacuteg 438 ms a kioumlmlő mennyiseacuteg 1365 litersec Vissza a feladathoz hellip

IK10 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema minden koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű felvenni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a ferde cső kileacutepő keresztmetszeteacutebe helyezendő

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

2963

Ezekkel a felteacutetelezeacutesekkel az aacuteramlaacutes megindulaacutesaacutenak pillanataacutera 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes) Megjegyzeacutes a tartaacutely nagy meacuteretei miatt az aacuteramvonal kezdőpontjaacuteban a kezdeti aacutellapotban a gyorsulaacutes biztosan zeacuterus A keacutesőbbiekben pedig a viacutezszint aacutellandoacutesaacutega miatt lehet joggal zeacuterusnak tekinteni a gyorsulaacutest az aacuteramvonal elejeacuten A stacionaacuterius aacutellapot kialakulaacutesa utaacuten sem az elkeacutepzelt aacuteramvonal kezdeteacuten sem a veacutegeacuten nincs gyorsulaacutes A Bernoulli-egyenlet alkalmazandoacute formaacuteja

02

2

1

2

1

2

1

22

1

pzgcsdtc

Behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelve arra hogy a csatlakozoacute csőben veacutegig ugyanaz a gyorsulaacutes uralkodik ami a cső veacutegeacuten

01000

109010104121555

ga

090303 a

2 40

sma

A kezdeti gyorsulaacutes tehaacutet 40 ms2 A feladat maacutesodik reacuteszeacutenek megoldaacutesaacutehoz előszoumlr ki kell szaacutemiacutetani a stacionaacuterius aacutellapotban kialakuloacute kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteget Vaacuteltozatlan aacuteramvonalat felteacutetelezve 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 4 m 2middotsin30o=1 m

nyomaacutes pt+po po

(a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute levegőbe leacutep ki)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

1000101

210001090104

5255

gcg

1000101

210001090104

5255

gcg

smc 51590302

A ferde csoumlvet elhagyoacute folyadeacutek egy ferde hajiacutetaacutest szenved el A ferde hajiacutetaacutesra vonatkozoacute szabaacutelyok szerint a kiszaacutemiacutetott stacionaacuterius sebesseacutegnek van egy viacutezszintes komponense eacutes egy fuumlggőleges

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3063

komponense Ez utoacutebbira van szuumlkseacuteguumlnk a legnagyobb magassaacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutehoz A ferde cső 30o-os szoumlge miatt ez a fuumlggőleges komponens

smc o

z 77530sin515

Ez a fuumlggőleges komponens a gravitaacutecioacutes erőteacuterben annak teacutererősseacutege miatt aacutellandoacute lassulaacuteson megy aacutet egeacuteszen addig amiacuteg zeacuterus nem lesz Abban a pillanatban lesz a legmagasabb ponton Ez

sgct z 7750

10757

utaacuten koumlvetkezik be Ez alatt a folyadeacutek

mtgz 3775052

22

magassaacutegra emelkedik a ferde cső veacutegeacutetől szaacutemiacutetva Tehaacutet a tartaacutely kioumlmlőnyiacutelaacutesa felett a legnagyobb magassaacuteg kb 4 m Vissza a feladathoz hellip

IK11 feladat megoldaacutesa Az elzaacuteroacuteszerelveacuteny kinyitaacutesakor a jobboldali tartaacutelyboacutel indul meg az aacutetaacuteramlaacutes hiszen az elzaacuteroacuteszerelveacutenyeacutel a zaacutert szerelveacuteny jobboldalaacuten a nyomaacutes 38200 Pa-al nagyobb mint a baloldalaacuten A jobboldali tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacutene eacutes az aacutetaacuteramlaacutesi keresztmetszet koumlzoumltt feliacuterva a Bernoulli-egyenletet a kezdeti pillanatra

1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 0

(a megindulaacutes pillanataacuteban meacuteg eacuteppen zeacuterus)

szintmagassaacuteg 27 m 0 m nyomaacutes PT+po po-pV+4 104

gyorsulaacutes 0 a (a keresett gyorsulaacutes)

0107210

10436 30

40

TV ppppa

0107210

23001044890036 3

4

a

2066

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK12 feladat megoldaacutesa A felvetett probleacutema instacionaacuterius A kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg az első pillanatot koumlvetően gyakorlatilag azonnal beaacutell a 3 m-es magassaacutegnak megfelelő stacionaacuterius eacuterteacutekre majd a folyadeacutekszint

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3163

csoumlkkeneacuteseacutevel lassan csoumlkken zeacuterusig Mivel aligha fogadhatoacute el hogy a csoumlkkeneacutes lineaacuteris sokkal inkaacutebb aszimptotikusan csoumlkken a sebesseacuteg a zeacuterushoz egy differenciaacutelegyenletet kell feliacuternunk Baacutermely koumlzbenső aacutellapotban a kifolyaacutesi sebesseacuteg zgc 2 hiszen a probleacutema megfogalmazaacutesa szerint a tartaacutely nyitott eacutes a szabadba toumlrteacutenik a kifolyaacutes (laacutesd a 331 lecke 3 sz oumlnellenőrző feladataacutet)

Ezzel a rsquodtrsquo idő alatt kifolyoacute mennyiseacuteg dtdzgdtAcdV o

4

22

Ugyanez a mennyiseacuteg feliacuterhatoacute abboacutel a megfontolaacutesboacutel is hogy ennyivel csoumlkken a tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek szintje eacutes persze a mennyiseacuteg dzAdV A keacutet mennyiseacuteg egymaacutessal egyenlő kell legyen hozzaacuteteacuteve hogy az egyik pozitiacutev a maacutesik negatiacutevkeacutent eacutertelmezendő hiszen a szintmagassaacuteg csoumlkkeneacutese az idő noumlvekedeacuteseacutevel toumlrteacutenik

dzAdtAzg o 2 A kapott differenciaacutelegyenlet szeacutetvaacutelaszthatoacute tiacutepusuacute ugyanis a vaacuteltozoacutek (rsquotrsquo eacutes rsquozrsquo) az egyenlet keacutet oldalra rendezhetők Elveacutegezve a rendezeacutest eacutes kijeloumllve az integraacutelaacutest az integraacutelaacutesi hataacuterokkal

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

Az integraacutelaacutes eacutes a gyoumlkteleniacuteteacutes utaacuten

gAHgA

gAHAT

oo

22

2

Szaacutemiacutetsuk ki a tartaacutely keresztmetszeteacutet 222

9144

524

mDA

eacutes a kioumlmleacutesi

keresztmetszetet 2322

1002754

0804

mdAo

nincs akadaacutelya a kiuumlruumlleacutesi idő

kiszaacutemiacutetaacutesaacutenak

sg

ggA

HgAT

o

757100275

3291423

ami kb 126 percnek felel meg Megjegyzeacutesek A valoacutesaacutegban a kiuumlruumlleacutes leacutenyegesen hosszabb ideig tart eacutes erősen fuumlgg a kioumlmleacutesi szaacutemon kiacutevuumll

(laacutesd 331 lecke) a valoacutesaacutegos folyadeacutek suacuterloacutedaacutesi tulajdonsaacutegaitoacutel is Mineacutel keveacutesbeacute bdquofolyoacutesrdquo az adott folyadeacutek annaacutel lassuacutebb a folyamat Az igen nehezen folyoacute nagy viszkozitaacutesuacute anyagok (pl egyes olajok) eseteacutebe melegiacuteteacutessel csoumlkkentik a viszkozitaacutest eacutes ezzel noumlvelik a folyeacutekonysaacutegot eacutes gyorsiacutetjaacutek a kifolyaacutest

Figyeljuumlk meg hogy a kapott oumlsszefuumlggeacutes csakis olyan esetre igaz ahol a keacuterdeacuteses tartaacutely keresztmetszete a magassaacuteg csoumlkkeneacuteseacutevel vaacuteltozatlan Amennyiben a keresztmetszet vaacuteltozik (peacuteldaacuteul az igen gyakori fekvő hengeres tartaacutely is ilyen) akkor joacuteval bonyolultabb az oumlsszefuumlggeacutes eacutes fuumlgg a tartaacutely alakjaacutetoacutel Eacuteppen ezeacutert ilyen esetben ceacutelszerűbb koumlzeliacutető eljaacuteraacutest alkalmazni E moacutedszer leacutenyeg az hogy a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt toumlbb reacuteszre bontjaacutek eacutes az egyes reacuteszeket hengeres darabokkal helyettesiacutetik Az adott darabban leacutevő folyadeacutekmennyiseacuteg kifolyaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges időt a darab koumlzepeacutehez tartozoacute magassaacuteggal meghataacuterozott sebesseacuteggel mint aacutellandoacute eacuterteacutekkel szaacutemiacutetjaacutek ki A veacutegeacuten a kapott időket oumlsszeadjaacutek A moacutedszer valoacutejaacuteban a koraacutebban feliacutert differenciaacutelegyenlet numerikus integraacutelaacutesaacutet jelenti eacutes pontossaacutega attoacutel fuumlgg hogy haacuteny darabra bontjuk a vaacuteltozoacute kersztmetszetű tartaacutelyt

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3263

A valoacutesaacutegban a tartaacutelyok kiuumlriacuteteacutesekor fontos gondolni arra hogy a taacutevozoacute folyadeacutek helyeacutere levegő juthasson Ennek elmulasztaacutesa lehetetlenneacute teszi a tartaacutely teljes kiuumlriacuteteacuteseacutet eacutes koumlnnyen a tartaacutely oumlsszeroppanaacutesaacutehoz vezethet ami a belsejeacuteben kialakuloacute vaacutekuum koumlvetkezteacuteben toumlrteacutenhet meg

Vissza a feladathoz hellip

IK13 feladat megoldaacutesa A csonka kuacutep alakuacute tartaacutely helyettesiacutethető egy aacutelloacute hengeres tartaacutellyal melynek aacutellandoacute aacutetmeacuterője a keacutet szeacutelső eacuterteacutek aacutetlaga

zgc 2 cAV

0 dtdzgdtAcdV o

4

22

dzAdV dzAdtAzg o 2

0

0 2

z

Hzo

Tt

t zdz

gAAdt

212

21

0

zgA

AT

mdDdk 8522

12632

22

37964

mdA k

2322

10827424

0604

mdAo

percsgA

zgAgAzAT

633952017

101082742410237962

22

300

A kiuumlruumlleacutesi idő tehaacutet kb 34 perc Vissza a feladathoz hellip

IK14 feladat megoldaacutesa Meacuteretaraacutenyos vaacutezlatot keacutesziacutetve eacutes a 421 m magassaacutegot pl neacutegy egyenlő magassaacuteguacute reacuteszre osztva az egyes darabok magassaacutega 105 m Az egyes darabok koumlzeacutepvonalaacuteban a szeacutelesseacuteget le lehet olvasni a vaacutezlatboacutel Iyen moacutedon az egyes darabok kiuumlruumlleacutesi ideje maacuter szaacutemiacutethatoacute Az ezekkel szaacutemolt idők oumlsszegekeacutent kb 7 oacutera adoacutedik ki Vissza a feladathoz hellip

IK15 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3363

Baacuter a probleacutema dugattyuacuteval egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerben stacionaacuterius ezuacutettal azonban meacutegis ceacutelszerűbb az instacionaacuterius Bernoulli-egyenletet alkalmazni Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet helyezzuumlk a dugattyuacute alaacute a folyadeacutekba a veacutegeacutet pedig a fecskendő kileacutepő keresztmetszeteacutebe 1 pont 2 pont sebesseacuteg c1 1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki) gyorsulaacutes 1 ms2 a2

Csak laacutetszoacutelag van haacuterom ismeretlenuumlnk Ha ugyanis meggondoljuk hogy a folytonossaacuteg toumlrveacutenye mit mond akkor 2211 AcAc eacutes nyilvaacuten 2211 AaAa is igaz kell legyen Ezekkel a taacuteblaacutezat kiegeacutesziacutethető eacutes maacuter csak egy ismeretlen marad 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 2

1021

1 ms

szintmagassaacuteg 0 m (viacutezszintes)

nyomaacutes p1 (a keresett eacuterteacutek)

po (a folyadeacutek a leacutegkoumlri nyomaacutesuacute

levegőbe leacutep ki)

gyorsulaacutes 1 ms2 2

2101

A behelyettesiacuteteacuteskor uumlgyelni kell arra hogy a gyorsulaacutes keacutet kuumlloumlnboumlző eacuterteacuteke 10 - 10 cm hosszuacutesaacuteguacute szakaszon aacutellandoacute

01000

102

10211

102

101101 15

222

2

p

01000

1009923 15

p

Pap 21030991 A keresett erő kiszaacutemiacutetaacuteshoz azonban csak a tuacutelnyomaacutes eacuterteacutekeacutet szabad figyelembe venni mivel a dugattyuacute maacutesik oldalaacuten a leacutegkoumlri nyomaacutes jelen van tehaacutet csak a bdquotoumlbblethezrdquo kell az rsquoFrsquo erő

NAppF o 243404

010230992

1

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3463

IK16 feladat megoldaacutesa

1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 0 szintmagassaacuteg 0 0 nyomaacutes p1 p0

gyorsulaacutes a1 a2

252

11 10366

4mdA

2722

2 1067454

mdA

2211 AaAa

23

2

2

1

22

1

221 109218

sma

dda

AAaa

1ApF

PaAFpt 77913364

10366850

51

Pappp t 7791133641000007791336401

010180109218 102

32

ppaa

01000160 1022

ppaa

22 54131

sma

Vissza a feladathoz hellip

IK17 feladat megoldaacutesa A nyomaacutesmeacuterő a keacutet bekoumlteacutesi pont koumlzoumltti nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget jelzi mely

PaρρgΔhpp viacutezHg 659971016131010647 3312

A nyomaacutesmeacuterő keacutet kivezeteacutese koumlzoumltt a csővezeteacutekben feliacuterhatjuk a Bernoulli egyenletet mely tartalmazza ugyanezt a nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteget

viacutezccpp

2

22

21

12

Mivel mindkeacutet sebesseacuteg ismeretlen szuumlkseacuteguumlnk van a kontinuitaacutesi toumlrveacutenyre melynek segiacutetseacutegeacutevel peacuteldaacuteul

2

2

112

ddcc

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli egyenletbe

viacutezviacutezdd

cccpp

2

1

2

4

2

1

21

21

22

12

Innen pedig a legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg kiszaacutemiacutethatoacute aminek eacuterteacuteke 248 ms Ezzel pedig a teacuterfogataacuteram

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3563

sl

sm ππdcV 4837104837

40620482

4

33

221

1

Vissza a feladathoz hellip IK18 feladat megoldaacutesa A szivornyaműkoumldeacutes leacutenyege az hogy a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek helyzeti energiaacuteja nagyobb mint az alsoacuteeacuteban leacutevőeacute Ha leacutetrehozzuk a folyadeacutekaacuteramlaacutest kuumllső energia-befekteteacutessel (megsziacutevaacutes) a folyadeacutekaacuteramlaacutes maacuter folyamatossaacute vaacutelik Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten ceacutelszerű elhelyezni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen az aacutetfolyoacutecső veacutegeacuteneacutel a kileacutepő keresztmetszetben kell legyen hiszen az itteni sebesseacutegre van szuumlkseacuteguumlnk a teacuterfogataacuteram meghataacuterozaacutesaacutehoz Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 29+08-05=32 m 0 m

nyomaacutes po

po+1350+(29-24)middotρmiddotg (a folyadeacutek hidrosztatikai nyomaacutesaacuteroacutel nem szabad

elfeledkezni)

2

2

221

1

21

22pzgcpzgc

3

352

3

5

101050135010

2101023 gcg

smc 167351061322

A teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

33-

2

1035144

0250167

Tehaacutet percenkeacutent kb 210 liter folyik aacutet Figyeljuumlk meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutes ismeacutet erősen emleacutekeztet az adott magassaacutegboacutel ebben az esetben a felső tartaacutely folyadeacutekszintjeacuteről az alsoacute tartaacutely folyadeacutekszintjeacutere toumlrteacutenő szabadeseacutes veacutegsebesseacutegeacutenek keacutepleteacutere Az elteacutereacutes annyi hogy a keacutet tartaacutelyban leacutevő vaacutekuum vagy tuacutelnyomaacutes a ezt a szintkuumlloumlnbseacuteget noumlvelheti vagy csoumlkkentheti Vissza a feladathoz hellip

IK19 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3 = 31 m 0 m

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3663

nyomaacutes p1 p0

220

2

3110

2hgppchghgpp tt

h1=90-38=52 (cm)= 052 (m) h2=31+09-35=05 (m) h3=31

c2=45

smc 76

)( 242

100484

0320 mA

percl

sl

smcAV 7323 3955 10395571610048

334

Vissza a feladathoz hellip

IK20 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h3=35-09+h2 0 m nyomaacutes p0-pV+ρgh1 p0+ρgh2 gyorsulaacutes 1 25

20

2

310

2hgPchghgpp V

h1=090-038=052 (m) h2=035 (m) h3=35-09+h2

smc 235

percl

smcdcAV 4252 000421523100428

4

34

2

Vissza a feladathoz hellip

IK21 feladat megoldaacutesa Az aacutebraacuten felvaacutezolt fuumlggőleges elhelyezkedeacutesű csoumlvoumln viacutezszintes siacutekban elhelyezett keacutet veacutegeacuten ellenteacutetes iraacutenyban kb az eacuterintő iraacutenyaacuteba hajliacutetott forgoacute cső a legegyszerűbb szivattyuacutekeacutent funkcionaacutel A szerkezetet viacutezzel feltoumlltve eacutes megforgatva a forgoacute csőben leacutevő folyadeacutekra hatoacute

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3763

centrifugaacutelis erőteacuternek koumlszoumlnhetően folyamatos aacuteramlaacutest hoz leacutetre vizet szivattyuacutez fel az alsoacute viacutezszintről a forgoacute csoumlvoumln keresztuumll Energetikai szempontboacutel tekintve a forgataacuteshoz felhasznaacutelt munka fedezi a folyadeacutek felfeleacute iraacutenyuloacute aacuteramlaacutesa soraacuten noumlvekvő munkaveacutegző-keacutepesseacutegeacutet azaz a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet a folyadeacuteknak tudjuk aacutetadni Az ismertetett műkoumldeacutesi elv az oumlrveacutenyszivattyuacutek (centrifugaacutel szivattyuacutek) eseteacuteben azonos de ott egy a hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgatott jaacuteroacutekereacutek hozza leacutetre a centrifugaacutelis erőteret mely a forgoacute kereacutek koumlzepeacutetől kifeleacute iraacutenyuloacute folyadeacutekaacuteramlaacutest eredmeacutenyez A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Az aacuteramvonal kezdőpontjaacutet az alsoacute folyadeacutekfelsziacutenre tegyuumlk meacutegpedig a lehető legkoumlzelebb a fuumlggőleges csőhoumlz Erre azeacutert van szuumlkseacuteg mert a forgoacute rendszerből neacutezve ez a pont nem lesz nyugalomban eacutes mineacutel taacutevolabb van a forgaacutestengeytől annaacutel keveacutesbeacute lehet az innen indiacutetott aacuteramvonalat stacionaacuteriusnak tekinteni Ha azonban az aacuteramvonal kezdőpontja a lehető legkoumlzelebb helyezkedik el a forgaacutestengelyhez akkor a minimaacutelis elteacutereacutest el lehet hanyagolni a sebesseacuteget itt majd zeacuterusnak lehet tekinteni Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

sebesseacuteg 0 c (a keresett eacuterteacutek)

szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes utaacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet baloldalaacuten zeacuterus fog aacutellni

220

222

rhgc

Az egyenlet azt fejezi ki hogy a centrifugaacutelis erőteacuter alatt a toumlmegegyseacutegen veacutegzett munka egyenlő a mozgaacutesi eacutes a helyzeti energia toumlmegegyseacutegre eső megvaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszegeacutevel A szaacutelliacutetott folyadeacutek mennyiseacutege tehaacutet adott geometriai meacutertek eseteacuten csak a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegtől fuumlgg

hgrc 222

smgc 5150210350 22

Nem elfeledkezve arroacutel hogy a forgoacute csőnek keacutet veacutege van a teacuterfogataacuteram pedig

smAcV

34-

2

10981424

02051

Tehaacutet percenkeacutent kb 57 liter vizet lehet felszivattyuacutezni

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3863

Figyeljuumlk meg hogy az egyszerű szivattyuacute műkoumldeacuteseacutenek elvi korlaacutetai vannak ami matematikailag abban nyilvaacutenul meg hogy a sebesseacuteg kiszaacutemiacutetaacutesaacutera szolgaacuteloacute oumlsszefuumlggeacutesben a neacutegyzetgyoumlkjel alatt nem lehet negatiacutev szaacutem Tehaacutet adott szintkuumlloumlnbseacuteg eseteacuten a forgaacutesi szoumlgsebesseacutegnek van egy alsoacute korlaacutetja ill adott forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg eseteacuten a szintkuumlloumlnbseacuteg nem leacutephet aacutet egy maximaacutelis eacuterteacuteket Vissza a feladathoz hellip

IK22 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0-pV p0

0

2200

222

Vppphgrc

smc 4311

sl

smcAV 2160162024311

40302

32

Vissza a feladathoz hellip

IK23 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja

0 hgr

2

22

nyomaacutes p0 p0

022

00222

pphgrc 021102

2802551 222

ω=183512 radsec

percfordn 4175

241860

260

Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

3963

IK24 feladat megoldaacutesa 1 pont 2 pont sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg 0 h nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja 0

2

22

r

hgr

2

22

percfordn 250

260

ω=2618 rads

02

0022

Pphgr mh 08320

182630 22

smc 0

Vissza a feladathoz hellip

IK25 feladat megoldaacutesa Az első pillantaacutesra a probleacutema az egyszerű szivattyuacutenaacutel (AacuteK20 feladat) taacutergyalttal megegyezik Valoacutejaacuteban annak megfordiacutetottjaacuteroacutel van szoacute A szerkezeten aacutetfolyoacute viacutez ezuacutettal megforgatja a Segner-kereket eacutes ilyen moacutedon a folyadeacutek energiaacutejaacutenak hasznosiacutetaacutesa toumlrteacutenik Ezeacutert nevezik a szerkezetet egyszerű turbinaacutenak hidromotornak A forgoacute kerti locsoloacute is az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacutenak koumlszoumlnhetően forog tengelye koumlruumll Energetikai szempontboacutel tekintve a folyadeacutek helyzeti energiaacuteja adja a fedezeteacutet a mozgaacutesi energiaacutenak eacutes a centrifugaacutelis erő aacuteltal veacutegzett munkaacutenak Ebben az esetben a szerkezet segiacutetseacutegeacutevel a mechanikai energiaacutet nyerhetuumlnk az aacuteramloacute folyadeacutek energiaacutejaacuteboacutel Az ismertetett műkoumldeacutesi elv a zaacutert haacutezuacute uacuten tuacutelnyomaacutesos viacutezturbinaacutek eseteacuteben azonos de ott egy hajliacutetott lapaacutetokkal ellaacutetott zaacutert teacuterben forgoacute jaacuteroacutekereacutek tengelyeacuten jelenik meg a hasznosiacutethatoacute mechanikai energia A probleacutema a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben instacionaacuterius A forgoacute csőhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben azonban joacute koumlzeliacuteteacutessel stacionaacuteriusnak tekinthető Ezuacutettal nem okoz gondot az aacuteramvonal kezdőpontjaacutenak a felső tartaacutelyban leacutevő folyadeacutek felsziacuteneacuten a forgaacutestengelyben toumlrteacutenő elhelyezeacutese Az aacuteramvonal veacutegpontja termeacuteszetesen a forgoacute cső veacutegeacuten talaacutelhatoacute kileacutepő-keresztmetszetben helyezkedjen el Iacutegy 1 pont 2 pont

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4063

sebesseacuteg 0 c szintmagassaacuteg h1+h2 0 nyomaacutes po po centrifugaacutelis erőteacuter potenciaacutelja (laacutesd a 331 leckeacutet)

02

22

r

2

22

r

(ω a keresett szoumlgsebesseacuteg)

Mivel a nyomaacutes a vaacutelasztott aacuteramvonal elejeacuten eacutes veacutegeacuten azonos iacutegy a nyomaacutes kiesik a behelyettesiacuteteacutes soraacuten eacutes a Bernoulli-egyenlet ezuacutettal

22

222

21

rchhg

Az egyenlet ugyan hasonliacutet az egyszerű szivattyuacutenaacutel kapottal de attoacutel meacutegis kuumlloumlnboumlzik Keacutet ismeretlen van benne az egyik a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteg a maacutesik a hajliacutetott csőből kiaacuteramloacute folyadeacutek sebesseacutege Alakiacutetsuk aacutet az egyenletet a koumlvetkező formaacutera

222212 crhhg

Az egyenletben haacuterom sebesseacuteg neacutegyzete szerepel a baloldali első tag egy virtuaacutelis sebesseacuteg mely a h1+h2 magassaacutegboacutel toumlrteacutenő szabadeseacutes

veacutegsebesseacutegeacutenek neacutegyzete a baloldal maacutesodik tagja a keruumlleti sebesseacuteg neacutegyzete a jobboldalon pedig a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg neacutegyzete szerepel

Vegyuumlk eacuteszre hogy az egyenlet az előbb felsorolt haacuterom sebesseacutegre neacutezve egy Pitagorasz-teacutetel azaz mivel a keruumlleti sebesseacuteg eacuterintő iraacutenyuacute a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg pedig a hajliacutetott cső iraacutenyaacuteba mutat a harmadik (virtuaacutelis) sebesseacuteg iraacutenyaacutet tekintve eacuteppen olyan kell legyen hogy a maacutesik kettővel egy olyan dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlget alkosson melynek a csőszaacutejboacutel kileacutepő sebesseacuteg az aacutefogoacuteja tehaacutet

Az aacutebraacuten megjeloumllt rsquoαrsquo szoumlg az a 15o mely a kileacutepőcsőszaacutej eacutes a keruumlleti eacuterintő koumlzoumltt van Az aacutebra alapjaacuten

tg

hhgr 212

ahonnan

srad

tgg

tgrhhg

o 26415450

1222 21

Tehaacutet a fordulatszaacutem kb percenkeacutent 613 lesz A kifolyoacute viacutez sebesseacutege toumlbb moacutedon is kiszaacutemiacutethatoacute

smghhg

c o 92915sin

122sin

2 21

Ezzel a lefolyoacute viacutez teacuterfogataacuterama

c

u=rmiddotω α

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4163

smAcV

32

75524

3509292

Eacuterdekes megvizsgaacutelni azt az esetet amikor a hajliacutetott cső szaacuteja eacuteppen az eacuterintő iraacutenyaacuteba mutat Ilyenkor a dereacutekszoumlgű haacuteromszoumlg nem tud leacutetrejoumlnni mivel a csőszaacutejon kileacutepő sebesseacuteg az eacuterintő koumlzoumltti szoumlg zeacuterus Ez azt fogja eredmeacutenyezni hogy ideaacutelis folyadeacutek eacutes suacuterloacutedaacutesmentes szerkezet eseteacuten a forgoacute kereacutek folyamatos gyorsulaacutesban lesz egeacuteszen a veacutegtelenseacutegig A valoacutesaacutegos koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt suacuterloacutedaacutes eacutes maacutes ellenaacutellaacutesok egy bizonyos maximaacutelis eacuterteacutekneacutel stabilizaacuteljaacutek a forgaacutesi szoumlgsebesseacuteget Vissza a feladathoz hellip

IK26 feladat megoldaacutesa

hhgpT

10101062 35

h=26 m

smhgce 80222

percfordn 356829

260

Vissza a feladathoz hellip

IK27 feladat megoldaacutesa

ce=228 (ms)

u c α

sec

radru

ctg e

8586

8022

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4263

Az előző feladat megoldaacutesa alapjaacuten

hgce 2

smru 3595250719104

uctg e

smtgtguc o

e 06192035952

mg

ch e 2181020619

2

22

Vissza a feladathoz hellip

IK28 feladat megoldaacutesa

percfordn 250

260

sec

179926 rad

707915 ru smhgce 36222

4231707915

3622

uctg e

o9154 Vissza a feladathoz hellip

IK29 feladat megoldaacutesa Mivel a oumlsszenyomhatoacute gaacutezroacutel van szoacute a Bernoulli-egyenlet a koumlvetkező alakuacute

02

2

1

2

1

2

1

2

dpUc

Az oumlsszenyomhatoacute koumlzeg alacsony sűrűseacutege miatt a potenciaacutelos erőterek aacuteltal az aacuteramloacute kontiacutenuum toumlmegegyseacutegeacuten veacutegzett munka (U) joacute koumlzeliacuteteacutessel elhanyagolhatoacute a maacutesik keacutet tag mellett azaz

02

2

1

2

1

2

dpc

Ezek utaacuten az aacuteramvonal kezdő pontjaacutet a nyomaacutes alatti tartaacutely belsejeacuteben baacuterhol elhelyezhetjuumlk (kiveacuteve a kioumlmlőnyiacutelaacutes koumlzvetlen koumlrnyezeteacutet) ott a sebesseacuteg zeacuterus lesz azaz

2

1

2

2 dpc

Az egyenlet csak akkor oldhatoacute meg ha a sűrűseacuteg helyeacutebe azt a fuumlggveacutenyt helyettesiacutetjuumlk be mely annak a nyomaacutestoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet fejezi ki Figyelemmel arra hogy a kiaacuteramlaacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4363

koumlzben a kontiacutenuum nyomaacutesa csoumlkken eacutes termeacuteszetesen kiterjeszkedik (fajteacuterfogata nő eacutes sűrűseacutege csoumlkken) azaz expandaacutel ez a folyamat elvileg vagy izotermikus vagy adiabatikus lehet Mivel a tapasztalatok azt mutatjaacutek hogy ilyenkor bizonyos lehűleacutes toumlrteacutenik ezeacutert csak az adiabatikus expanzioacutet teacutetelezhetjuumlk fel joggal Ilyen adiabatikus expanzioacute koumlzben

pp

1

1

Ebből az egyenletből a sűrűseacuteg eacutes a nyomaacutes oumlsszefuumlggeacutese

1

11

pp

Ezt behelyettesiacutetve a Bernoulli-egyenletbe eacutes azt rendezve

2

11

1

1

12

2

p

dppc

Az egyenlet integraacutelaacutesa utaacuten

1

1

1

21

1

12

12pppc

majd a zaacuteroacutejelben leacutevő kifejezeacutesből kiemelve a tartaacutelyban uralkodoacute nyomaacutes (p1) kifejezeacuteseacutet a p2p1 haacutenyadost nyomaacutesviszonynak elnevezve eacutes helyeacutere az rsquoxrsquo teacutenyezőt bevezetve

112

1

1

12

xpc

ahonnan veacuteguumll az aacutetrendezeacutes eacutes az ideaacutelis gaacutezokra eacuterveacutenyes aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny bevezeteacuteseacutevel

1

1 11

2 xRTc

Megjegyzeacutes a zaacuteroacutejelben a keacutet tagot felcsereacutelve eltuumlntethető a negatiacutev előjel Visszateacuterve a feladat adataihoz a nyomaacutesviszony x=131=00323 Tekintettel arra hogy a CO2 gaacutez

specifikus gaacutezaacutellandoacuteja

Kkg

JMRR

CO

univCO 189

448314

2

2 eacutes a haacuteromatomos gaacutezok eseteacuteben az

uacuten adiabatikus kitevő 13 a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 508032301

13131273151892 31

131

Vissza a feladathoz hellip

IK30 feladat megoldaacutesa Esetuumlnkben a nyomaacutesviszony x=176=00132 az oxigeacuten specifikus gaacutezaacutellandoacuteja kb 260 JkgK eacutes iacutegy a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

smc 615013201

14141273202602 41

141

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4463

Megjegyzeacutes a keacutetatomos gaacutezok (eacutes a levegő) adiabatikus kitevője 14 A szuumlkseacuteges keresztmetszet nyilvaacuten a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutesből kaphatoacute meg

cmA

Vegyuumlk azonban eacuteszre hogy az oumlsszefuumlggeacutes nevezőjeacuteben a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg is a nyomaacutesviszony fuumlggveacutenye mely a kiaacuteramlaacutes soraacuten az aacuteramvonal menteacuten egyre vaacuteltozik a kezdeti 1 eacuterteacutekről veacuteguumll egeacuteszen a fent kiszaacutemiacutetott 00132 eacuterteacutekre csoumlkken Ez arra figyelmeztet bennuumlnket hogy az aacuteramvonal menteacuten a keresztmetszetnek valamilyen moacutedon vaacuteltoznia kell Erre a keacuterdeacutesre a sebesseacuteg eacutes a sűrűseacuteg nyomaacutesviszonytoacutel valoacute fuumlggeacuteseacutet kifejező egyenlet vizsgaacutelata ad vaacutelaszt

1

1

1

1 11

2 xxRT

mA

Ezt a fuumlggveacutenyt a nyomaacutesviszony (x) szerint derivaacutelva kideruumll hogy annak szeacutelső eacuterteacuteke meacutegpedig

minimuma van ami 1

12

krx eacuterteacutekneacutel van Ez szaacutemunkra azt jelenti hogy az aacuteramvonal

menteacuten a keresztmetszetnek fokozatosan csoumlkkeni kell egeacuteszen addig amiacuteg a nyomaacutesviszony az itt emliacutetett kritikus eacuterteacuteket el nem eacuteri eacutes utaacutena ismeacutet nőnie kell egeacuteszen a veacutegső nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute maximaacutelis sebesseacuteggel kiszaacutemiacutetott eacuterteacutekig A feladat adataival a kritikus nyomaacutesviszony (ez csakis a kiaacuteramloacute gaacutez anyagi jellemzőitől fuumlgg)

5280141

21

2 14141

1

krx

Ekkor a kontinuum sebesseacutege meacuteg csak

smckr 29852801

14141273202602 41

141

Szuumlkseacuteguumlnk van a kritikus nyomaacutesviszonyhoz tartozoacute sűrűseacutegre is

341

151

1

11

1 157528027320260

1076mkgx

RTpxkr

Ezzel a szuumlkseacuteges keresztmetszet

24 10345157298

25 mc

mAkrkr

kr

azaz az aacutetmeacuterő ebben a legszűkebb

keresztmetszetben kb 26 mm kell legyen A tovaacutebbi noumlvekedeacutes eacuterdekeacuteben egy bővuumllő toldat szuumlkseacuteges mely fokozatosan bővuumll eacutes a kileacutepeacutesneacutel ahol a gaacutez sűrűseacutege

341

151

1

11

1 5340132027320260

1076mkgx

RTpxv a keresztmetszet

23 10978534615

25 mc

mAvv

v

azaz a kileacutepő keresztmetszet szuumlkseacuteges aacutetmeacuterője

kb 1069 mm Megjegyzeacutesek A legszűkebb keresztmetszetben a sebesseacuteg eacuteppen a hangsebesseacuteggel egyezik meg A szűkuumllő majd bővuumllő kioumlmlőnyiacutelaacutes a probleacutema első leiacuteroacutejaacuteroacutel az uacuten Laval-fuacutevoacuteka nevet kapta

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4563

A szűkuumllő reacutesz viszonylag roumlvid a bővuumllő toldat azonban joacuteval hosszabb Hosszaacutet azzal a tapasztalati szabaacutellyal lehet kiszaacutemiacutetani hogy a veszteseacutegek minimaacutelis szinten tartaacutesaacutehoz a kuacutepszoumlg ne legyen nagyobb 12o-naacutel Esetuumlnkben ez kb 385 mm-t tesz ki Mivel sok esetben nagyon hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges ezeacutert ezt a szabaacutelyt nem mindig lehet betartani Kuumlloumlnoumlsen igaz ez leacuteguumlres teacuterbe toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutesra amikor elvileg veacutegtelenuumll hosszuacute bővuumllő toldat lenne szuumlkseacuteges

Vissza a feladathoz hellip

IK31 feladat megoldaacutesa A hangsebesseacuteg a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel eacuteppen a kritikus nyomaacutesviszony mellett toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes soraacuten valoacutesul meg A kritikus nyomaacutesviszony ezuacutettal is 0528 hiszen ez csak az adiabatikus kitevő eacuterteacutekeacutetől fuumlgg ami a levegőre is eacutes az oxigeacutenre is 14 A hangsebesseacuteg pedig a nyomaacutes alatti tartaacutelyboacutel toumlrteacutenő kiaacuteramlaacutes sebesseacutegeacutere vonatkozoacute oumlsszefuumlggeacutesből szaacutemiacutethatoacute ki

smckr 631852801

14141273302872 41

141

Vissza a feladathoz hellip

IK32 feladat megoldaacutesa Olyan ellenőrző feluumlletet kell felvenni mely magaacuteba foglalja a szilaacuterd testet eacutes az egyes folyadeacuteksugarakat merőlegesen metszi aacutet Ilyen felveacutetel eseteacuten biztosiacutethatoacute hogy az ellenőrzőfeluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus

Az alkalmazandoacute impulzus-teacutetel

RdVgAdcc

VA

Mivel a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus eacutes a suacuterloacutedaacutestoacutel el lehet tekinteni

23

13

A 30o c

1 2

3

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4663

Haacuterom impulzus erő hataacuterozhatoacute meg azokon a feluumlleteken ahol a folyadeacutek aacutethalad az ellenőrzőfeluumlleten Az impulzuserők mindegyike kifeleacute mutat az ellenőrző feluumlletből Az impulzuserők a koumlvetkező oumlsszefuumlggeacutes szerint szaacutemiacutethatoacute ki

AccI NAccI 100101010100010 4

1 (a beleacutepő folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean annak sebesseacutegeacutevel ellenteacutetesen)

NAccI 76610103210100010 4

22 (a viacutezszinteshez keacutepest 30o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean)

NAccI 33310103110100010 4

33 (a viacutezszinteshez keacutepest 60o alatt kileacutepő

folyadeacuteksugaacuterra vonatkozoacutean azzal azonos iraacutenyba mutatoacutean) Mivel az impulzus-teacutetelben vektormennyiseacutegek szerepelnek annak megoldaacutesa vektoriaacutelis moacutedszerrel toumlrteacutenhet Előszoumlr az impulzus-teacutetel bal oldalaacuten talaacutelhatoacute erőket kell felmeacuterni egy folytonos nyiacutelfolyamot keacutepezve egy tetszőlegesen felvett kezdőponttoacutel elindulva Ezt koumlvetően ugyanazon kezdőpontboacutel egy folyamatos nyiacutelfolyamot alkotva fel kell meacuterni előbb a suacutelyerőt majd a keresett erőt uacutegy hogy ugyanabba a pontba eacuterkezzuumlnk ahovaacute az impulzuserők nyiacutelfolyama

Az itt laacutethatoacute koumlzeliacutetőleg meacuteretaraacutenyos aacutebra a feladatra vonatkozoacute vektorokat mutatja A vektoraacutebra alapjaacuten maacuter koumlnnyen kikoumlvetkeztethető hogy a keresett rsquoRrsquo erő viacutezszintes eacutes fuumlggőleges komponense hogyan szaacutemiacutethatoacute ki

NIIIR oox 625

23766

2133310030cos60cos 231

NIIGR ooy 853

23333

2176634960sin30sin 32

A keacutet komponensből a keresett erő

NRRR yx 559853625 2222

Az rsquoRrsquo erő a viacutezszintessel o

x

y arctgRR

arctg 564625853 szoumlget zaacuter be

Megjegyzeacutes baacuter keveacutesbeacute szemleacuteletes de a keresett erőkomponenseket a szilaacuterd testek mechanikaacutejaacuteban megszokott moacutedon vetuumlleti egyenletek segiacutetseacutegeacutevel hataacuterozzuk meg Ilyenkor az impulzus-teacutetel zeacuterusra redukaacutelt formaacutejaacutet kell hasznaacutelnunk

G=493 N

I1=100 N

I2=667 N I3=333 N

R 30o

60o

β

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4763

RdVgAdcc

VA

0

A jobbra eacutes a felfeleacute mutatoacute iraacutenyt pozitiacutevnak tekintve a viacutezszintes iraacutenyuacute vetuumlleti egyenlet 060cos30cos 321 x

oo RIII Uumlgyelni kell arra hogy a nullaacutera redukaacutelt alak szerint az impulzuserő -1-szereseacutet kell szerepeltetni a vetuumlleti egyenletben ahol ezuacutettal felteacuteteleztuumlk hogy az ismeretlen rsquoRrsquo erő viacutezszintes komponense jobbra mutat Az egyenletbe toumlrteacutenő behelyettesiacuteteacutes utaacuten a viacutezszintes komponens negatiacutevnak adoacutedik tehaacutet helyesen a felteacutetelezett iraacutennyal szemben azaz balra mutat A fuumlggőleges komponens meghataacuterozaacutesaacutehoz a vetuumlleti egyenletet hasonloacute moacutedon lehet feliacuterni Vissza a feladathoz hellip

IK33 feladat megoldaacutesa

RSPGAdcc

A

NAccI 37510150100025 41

NII 25032

12

NII 125 31

13

NIIR ox cos 4463

222503754531

NIIR oy sin 6161

221252504532

A vektoraacutebraacuteboacutel az ellenőrző feluumlletre hatoacute erő viacutezszintes komponens 4634 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponense pedig 1616 N eacutes felfeleacute mutat A keresett a folyadeacutek aacuteltal a lapaacutetra kifejtett erő keacutet komponense eacuteppen ellenteacutetes iraacutenyuacute tehaacutet jobbra eacutes lefeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK34 feladat megoldaacutesa

I1

I2 I3

R

Rx

Ry O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4863

RSPGAdcc

A

NAccI 10010100100010 41

NI 202 NI 803

Az impulzus-teacutetel jobb oldalaacuten a megadott viacutezszintes iraacutenyuacute erő mellett csak a suacutelyerő talaacutelhatoacute melynek az iraacutenya szinteacuten ismert fuumlggőlegesen lefeleacute mutat

NIIG o sin 563620228045 23

NIIR o cos 434322801004531

Iacutegy a vektoraacutebra alapjaacuten a test suacutelya kb 366 N a viacutezszintes erő pedig 434 N Vissza a feladathoz hellip

IK35 feladat megoldaacutesa A jelenseacuteg a lapaacutettal egyuumlttmozgoacute koordinaacutetarendszerből lesz stacionaacuterius Ebben a koordinaacutetarendszerben az eacuterkező eacutes a taacutevozoacute folyadeacutek sebesseacutege crsquo=(c-u)=26 ms lesz

NAccI 7521078100062 421

NII 63153

12

NII 12152

13

I1 I2

I3

R

G

O

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

4963

NIIR ox cos 363

211217526031

NGIIR oy sin 48046

231217526032

A vektoraacutebra alapjaacuten a viacutezszintes komponens 6325 N eacutes balra mutat a fuumlggőleges komponens pedig 804 N eacutes felfeleacute mutat Vissza a feladathoz hellip

IK36 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumlletet pl az alaacutebbi aacutebra szerint ceacutelszerű felvenni

Az adott probleacutemaacutehoz a koumlvetkező formaacutejuacute impulzus-teacutetelt kell alkalmaznunk

RAdpAdcc

AA

Keacutet impulzuserővel kell szaacutemolnunk eacutes ezuacutettal nem igaz hogy az ellenőrző feluumllet menteacuten azonos a nyomaacutes A toumlmlőben a nyomaacutes nyilvaacuten szaacutemottevően nagyobb mint a koumlrnyezeti nyomaacutes

I1

I2

I3

O

R G

200 mm

100 mm

1 2

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5063

Előszoumlr hataacuterozzuk meg hogy mekkora az aacuteramlaacutesi sebesseacuteg a fecskendőből kileacutepő folyadeacuteksugaacuterban eacutes a toumlmlőben

sm

AVc

376

410

10502

3

11

sm

ddcc 591

200100376

22

2

112

Az impulzuserők

NAcI 73184

1010003762

21

211

NAcI 4794

2010005912

22

222

A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erőkkel kapcsolatban fontoljuk meg hogy a felvett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt a leacutegkoumlri nyomaacutessal egyenlő kiveacuteve azt a reacuteszt mely a toumlmlő belsejeacutebe esik A nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője tehaacutet araacutenyos azzal a tuacutelnyomaacutessal mely a toumlmlőben uralkodik

NAppP o 6284

20101212

522

Tekintettel arra hogy ezuacutettal minden erő egy egyenesbe esik csak az iraacutenyukra kell uumlgyelni

Az aacutebra alapjaacuten a keresett erő

NIIPR 7388479731862821 A toumlmlőveacuteget ezzel az erővel megegyező nagysaacuteguacute de eacuteppen ellenteacutetes erő igyekszik levaacutelasztani a toumlmlőről Vissza a feladathoz hellip

IK37 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben egy olyan ellenőrző feluumlletet kell felvennuumlnk melynek egyetlen keresztmetszeteacuten leacutep aacutet folyadeacutek eacutes ez a fecskendő veacutege Ez az ellenőrző feluumllet magaacuteban foglalja a teljes csővezeteacuteket Ilyen felveacutetel eseteacuten az ellenőrző feluumllet menteacuten mindenuumltt azonos a nyomaacutes A suacutelyerők eacutes a suacuterloacutedaacutes elhanyagolaacutesaacuteval a keresett erő nem maacutes mint a folyadeacuteksugaacuter impulzuserejeacutevel ellent tartoacute erő

RVcAcI 2 A teacuterfogataacuteram ismereteacuteben a kiaacuteramlaacutesi sebesseacuteg

sm

VRc 30

1000100060

20001000

I1

I2 P

R

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5163

A keresztmetszet

2310089130100060

2000

mcVA

Az ehhez tartozoacute aacutetmeacuterő pedig 372 mm Vissza a feladathoz hellip

IK38 feladat megoldaacutesa Az ellenőrző feluumllet a csőtoldatot roumlgziacutető csavaroknaacutel metssze aacutet a toumlmlőt Koumlvetve az IK35 feladat megoldaacutesi meneteacutet

sm

sl

perclV

331066641412500

11 cAV

smc 22211 2211 AcAc

smc 3842

NAccI 18841096351102221 3321

NAccI 618210503491038374 3322

2

221

21

22pcpc

kPa 6215102

384222122

3222

221

2

ccpp o

NAppP o 920474

1101062152

322

NIIPR 41346618218849204721 A keletkező reakcioacuteerő 13464 N Ezt az erőt a neacutegy csavar fel tudja venni tehaacutet a neacutegy csavar alkalmazaacutesa elegendő Vissza a feladathoz hellip

IK39 feladat megoldaacutesa Az ellenőrzőfeluumllet oumllelje koumlruumll az egeacutesz tartaacutelyt Ebben az esetben a toloacuteerő eacuteppen a kileacutepő keresztmetszetben keletkező sebesseacuteggel szaacutemiacutethatoacute impulzuserővel lesz egyenlő

Kkg

JR 29728

8314

xkr

T1

60 bar

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5263

530528042

21

2 531

krx

01670601

1

ppx o

Az expanzioacute kritikuson tuacuteli A kritikus sebesseacuteg mely a Laval fuacutevoacuteka legszűkebb keresztmetszeteacuteben alakul ki azaz a hangsebesseacuteg

smckr

53185301141

412932972 41141

A Laval fuacutevoacuteka kileacutepő keresztmetszeteacuteben kialakuloacute sebesseacuteg

smcki

648016701141

412932972 41141

A kileacutepő keresztmetszetben a gaacutezsugaacuter hőmeacuterseacuteklete

KTT 91310293601

1

Az aacuteltalaacutenos gaacuteztoumlrveacuteny segiacutetseacutegeacutevel ugyanitt a sűrűseacuteg

3

50 73

9129710

mkg

TRP

Az impulzus erő mely a toloacuteerővel egyezik meg

kNI 3054

50736482

22

Vissza a feladathoz hellip

IK40 feladat megoldaacutesa A Pelton-turbina az uacuten szabadsugaacuter-turbinaacutek koumlzeacute tartozik Az elnevezeacutes arra utal hogy a turbinakereacutek koumlruumll nincs tuacutelnyomaacutes sehol Ilyen szabadsugaacuter-turbina az egyik legreacutegebbi geacutep a keruumlleteacuten egyszerű siacutek lapokkal felszerelt az egyszerű viacutezikereacutek is Az ilyen szabadsugaacuter-turbinaacutek eseteacuteben az ellenőrző feluumlletet uacutegy kell felvenni hogy az oumllelje koumlruumll az egeacutesz turbinakereket Csak ebben az esetben lesz a jelenseacuteg legalaacutebbis kvaacutezi-stacionaacuterius tehaacutet iacutegy nyiacutelik lehetőseacuteg az impulzus-teacutetel alkalmazaacutesaacutera előbb a keruumlleti erő majd a teljesiacutetmeacuteny kiszaacutemiacutetaacutesaacutera

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5363

Az emliacutetett ellenőrző feluumllet menteacuten a nyomaacutes mindenuumltt atmoszfeacuterikus tehaacutet a nyomaacutesboacutel szaacutermazoacute erők eredője zeacuterus A suacuterloacutedaacutest tekintsuumlk elhanyagolhatoacutenak A suacutelyerő a kereacutekre hatoacute nyomateacutek szempontjaacuteboacutel figyelmen kiacutevuumll hagyhatoacute hiszen aacutetmegy a forgaacutestengelyen Iacutegy az impulzus-teacutetel

KAdcc

A

Tekintettel arra hogy az ellenőrző feluumlletből a folyadeacutek kileacutepeacuteseacutenek helye nem hataacuterozhatoacute meg ezeacutert az egyenlet baloldalaacutenak integraacutelja a koumlvetkező megfontolaacutes alapjaacuten hataacuterozhatoacute meg A Ac szorzat nem maacutes mint az időegyseacuteg alatt eacuterkező folyadeacutek toumlmege azaz a toumlmegaacuteram amit ismeruumlnk Ezt a toumlmegaacuteramot kell megszorozni az ellenőrzőfeluumlleten aacutethaladoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutegvaacuteltozaacutesaacuteval (iraacuteny eacutes nagysaacuteg megvaacuteltozaacutesaacutet egyaraacutent figyelembe veacuteve) pontosabban a kereacutek eacuterintőjeacutenek egyeneseacutebe eső komponensek kuumlloumlnbseacutegeacutevel Esetuumlnkben az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege c eacutes ez egyuacutettal a kereacutek eacuterintőjeacutebe esik A lapaacutetroacutel taacutevozoacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege az u keruumlleti sebesseacuteggel haladoacute lapaacutethoz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben nyilvaacuten c-u aminek a kereacutek eacuterintőjeacutenek iraacutenyaacuteba eső komponense sin uc (a negatiacutev előjel mutatja hogy a beleacutepő sebesseacuteg iraacutenyaacuteval ellenteacutetes)

Ugyanezen sebesseacuteg(komponens) a foumlldhoumlz koumltoumltt koordinaacutetarendszerben uuc sin Mindezek alapjaacuten a keruumlleti erő mely nem maacutes mint az impulzuserő

uuccAcK sin ami a zaacuteroacutejelek felbontaacutesa eacutes a ceacutelszerű kiemeleacutes utaacuten a koumlvetkező veacutegoumlsszefuumlggeacutest adja

sin 1ucAcK Megjegyzeacutes itt az α szoumlg nem a teljes iraacutenyeltereleacutes hanem a fuumlggőlegestől szaacutemiacutetott eltereleacutes Ha a teacutenyleges iraacutenyeltereleacutest akarjuk hasznaacutelni akkor a fenti oumlsszefuumlggeacutes a

cos 1ucAcK alakot oumllti Az első esetben az α szoumlg ndash90o eacutes +90o koumlzoumltt a maacutesodik esetben pedig a β szoumlg 0o eacutes 180o koumlzoumltt vaacuteltozik Laacutethatoacute hogy a keruumlleti erő adott keruumlleti sebesseacuteg eseteacuten zeacuterus eacutes az alapeacuterteacutek keacutetszerese koumlzoumltt vaacuteltozik az iraacutenyeltereleacutes fuumlggveacutenyeacuteben A feladat adataival a keruumlleti erő

NK o sin 19516013164

0801000162

A keresett nyomateacutek pedig

R

α

d

c

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5463

mNRKM 390221951 A turbina teljesiacutetmeacutenye vagy a nyomateacutek eacutes a szoumlgsebesseacuteg vagy a keruumlleti erő eacutes a keruumlleti sebesseacuteg szorzatakeacutent kaphatoacute meg Mindkeacutet esetben joacutel laacutetszik hogy a turbina teljesiacutetmeacutenye a keruumlleti sebesseacuteg ill a szoumlgsebesseacuteg (fordulatszaacutem) fuumlggveacutenyeacuteben vaacuteltozik

Ennek a fuumlggveacutenynek kell a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet keresni

Egyenlőveacute teacuteve zeacuterussal azt kapjuk hogy a szeacutelsőeacuterteacutek 2cu -neacutel van tehaacutet akkor ha a keruumlleti

sebesseacuteg eacuteppen fele akkora mint az eacuterkező folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege Roumlvid gondolkodaacutes utaacuten raacutejoumlhetuumlnk arra hogy ez a szeacutelsőeacuterteacutek maximum hiszen a teljesiacutetmeacuteny mind u=0 -naacutel mind pedig u=c -neacutel eacuteppen zeacuterus Esetuumlnkben tehaacutet a teljesiacutetmeacuteny maximaacutelis lesz akkor ha u =8 msec Ekkor a kereacutek szoumlgsebesseacutege

srad

Ru 4

28

ahonnan a fordulatszaacutem

min

fordn 2382

4602

60

A maximaacutelis teljesiacutetmeacuteny pedig

Vissza a feladathoz hellip

IK41 feladat megoldaacutesa A keruumlleti sebesseacuteg u=ωR=10421=2184 (ms) Ezzel eacutes az egyeacuteb megadott eacuterteacutekekkel figyelemmel arra hogy ezuacutettal 180o-os az eltereleacutes

NucAcK 1281118423260401032sin1 3 A teljesiacutetmeacuteny pedig WuKP 52791842128 Vissza a feladathoz hellip

IK42 feladat megoldaacutesa A megadott magassaacuteg alapjaacuten a taacuteplaacuteloacute folyadeacuteksugaacuter sebesseacutege

smhgc 402

sec

radpercfordn

3652

5002

60

2sin1sin1 uucAcuucAcuKP

ucAcdudP 2sin1

kW 156W 156084390281951max MuKP

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5563

smru 21403652

A keruumlleti erő 0451 sin ucAcK

232

10824

mdA

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg percenkeacutent

percm

smcAV

33

7861130

NK 3643707105619112 A teljesiacutetmeacuteny pedig

WuKP 76303213643 Vissza a feladathoz hellip

IK43 feladat megoldaacutesa Az IK41 feladat megoldaacutesaacutet koumlvetve a turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő sebesseacutegre neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik melynek keacutet gyoumlke koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

sec

radpercfordn

3652

5002

60

smru 226

NuPK

764

22620000

A turbinaacutet taacuteplaacuteloacute fuacutevoacutekaacuteboacutel kileacutepő viacutezsugaacuter sebesseacutegeacutere neacutezve maacutesodfokuacute egyenlet adoacutedik 0451 sin ucAcK

232

109614

mdA

cccc226259

512269617642

A keacutet gyoumlk koumlzuumll csak az egyik pozitiacutev

smc

8332

833722621

A szuumlkseacuteges viacutezmennyiseacuteg

hm

smcAV

3333 82381036683310961

A keresett magassaacuteg a hgc 2 oumlsszefuumlggeacutesből 573 (m) Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5663

IK44 feladat megoldaacutesa A hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuteni aacuteramlaacutesi sebesseacuteget koumlnnyen meghataacuterozhatjuk mert a folytonossaacuteg toumlrveacutenynek teljesuumllnie kell tehaacutet

2211 AcAc ahonnan

sm

AAcc 422

20015034

2

2

112

A nyomaacutes meghataacuterozaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteguumlnk van vagy a Bernoulli-egyenletet vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazhatjuk A szűk torkolatboacutel kileacutepő folyadeacutek nem keacutepes egyenletes aacuteramlaacutessal azonnal kitoumllteni a hirtelen kibővuumllt keresztmetszetet Az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutekot oumlrveacutenylő mozgaacutest veacutegző folyadeacutekreacuteszek veszik koumlruumll Ezek az oumlrveacutenyek az egyenletesen aacuteramloacute folyadeacutektoacutel vonnak el energiaacutet iacutegy csoumlkkentve a folyadeacutek oumlsszes energiatartalmaacutet A keresett nyomaacutes tehaacutet helyesen az impulzus-teacutetel segiacutetseacutegeacutevel szaacutemiacutethatoacute ki Maacutesik lehetőseacuteg a veszteseacutegmentes esetre a Bernoulli-egyenlettel kiszaacutemiacutetott nyomaacutesboacutel levonjuk a Borda-Carnot veszteseacuteget

PaρcccΔp teacutetelimpulzus 64549100042242234 22221

A keresett nyomaacutes a hirtelen keresztmetszet-bővuumlleacutes utaacuten kPappp teacutetelimpulzus 5344645491043 5

12 Ellenőrzeacuteskeacutent a maacutesik moacutedszer szerint

PaccpBernoulli 8631610002

422342

2222

21

A Borda-Carnot veszteseacuteg Paccp CB 217671000

242234

2

2221

Azaz a nyomaacutes nem 63168 (Pa) eacuterteacutekkel fog nőni hanem a Borda-Carnot veszteseacuteg eacuterteacutekeacutevel csoumlkkentett eacuterteacutek szerint

kPapppp CBBernoulli 534421767863161043 512

A keacutet eacuterteacutek termeacuteszetesen megegyezik egymaacutessal Vissza a feladathoz hellip

IK45 feladat megoldaacutesa A keresztmetszetek

232

1 1082724

060 m πA

22

2 01504

140 m πA

A Bernoulli-egyenlet

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5763

2211 AcAc

01540108272 23

1 cc

232

1 4475108272

01540 ccc

A meacutert nyomaacutesemelkedeacutes a Bernoulli egyenletből szaacutemiacutetott elmeacuteleti nyomaacutesemelkedeacutes eacutes a Borda-Carnot veszteseacuteg kuumlloumlnbseacutege

10002

447510002

447589002

222

22

2

cccc

Vagy maacuteskeacutent az impulzus teacutetelből szaacutemiacutethatoacute nyomaacuteskuumlloumlnbseacuteg 1000447510008900 2

222

2221 ccccc

22

22

22 775196729817 ccc

sm

c 4151

8958817

2

smcc 7174475 21

sliter

smcAV 821 02180108272717

33

Vissza a feladathoz hellip

IK46 feladat megoldaacutesa A forgoacute szeacutelkereacutekre illeszkedő aacuteramcsőkeacutent elkeacutepzelt ellenőrző feluumlletre feliacuterhatoacute egyfelől az impulzus teacutetel maacutesfelől ndash keacutet reacuteszletben ndash a Bernoulli-egyenlet

Az impulzus-teacutetelből

21 ccAcF pp

A2

1 12

2

A1 Ap

c1

c2 aacuteramcső

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5863

A Bernoulli-egyenletből

12

22

21

2ppcc

A keacutet egyenlet oumlsszeveteacuteseacuteből a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban az elmeacuteleti sebesseacuteg

221 cccp

A szeacutelkereacutek hataacutesfoka a szeacutelkereacutek aacuteltal időegyseacuteg alatt hasznosiacutetott mozgaacutesi energia eacutes az időegyseacuteg alatt oumlsszesen rendelkezeacutesre aacutelloacute mozgaacutesi energia haacutenyadosa azaz

2

2

2

1

221

22

21

11

2

2

szeacutel

pp

pp

szk cc

cc

Acc

Accc

A megadott hataacutesfok ismereteacuteben kiszaacutemiacutethatoacute a szeacutelkereacutek moumlgoumltt attoacutel nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes sebesseacuteg ami

s 117 mcc szeacutelp 22253012

A szeacutelkereacutek siacutekjaacutenaacutel a levegő aacuteramlaacutesi sebesseacutegeacutenek elmeacuteleti eacuterteacuteke

smccc szeacutel

p 172

2227112

2

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő a legegyszerűbben a szeacutelkereket is magaacuteba foglaloacute ellenőrző feluumlletre feliacutert impulzus teacutetelből hataacuterozhatoacute meg

NccAcF pp 72267112222214

56172

21

Ezzel pedig a szeacutelkereacutek teljesiacutetmeacutenye kWcFPP pszkh 8122

Megjegyzeacutes A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacutet megvizsgaacutelva

22

2121

2121

ccccAcccccAccFP ppppph

azt tapasztalhatjuk hogy az mind c1-re mind c2-re harmadfokuacute fuumlggveacuteny Ha megkeressuumlk ennek a fuumlggveacutenynek a szeacutelsőeacuterteacutekeacutet akkor megkapjuk a vaacutelaszt arra a keacuterdeacutesre hogy milyen meacuterteacutekben kell lelassiacutetania a szeacutelkereacuteknek a szeacutel sebesseacutegeacutet ahhoz hogy a lehető legnagyobb teljesiacutetmeacutenyt tudjuk hasznosiacutetani A szeacutelsőeacuterteacutek-kereseacutes veacutegezteacutevel azt talaacutelhatjuk hogy a hasznos teljesiacutetmeacuteny akkor maximaacutelis ha c2=c13 azaz a maximaacutelis hasznos teljesiacutetmeacuteny a szeacutelsebesseacuteggel eacutes a szeacutelkereacutek keresztmetszeti teruumlleteacutevel kifejezve

WAcP ph max 227

16 31

Szavakban kifejezve a leacutegcsavarkoumlrnek megfelelő teruumlleten időegyseacuteg alatt aacutetaacuteramloacute levegő oumlsszes energiaacutejaacutenak legfeljebb 1627-ed reacutesze azaz 593-a hasznosiacutethatoacute Ez a szakirodalomban a Betz-limit neacuteven emliacutetik Vissza a feladathoz hellip

IK47 feladat megoldaacutesa

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

5963

A koumlzegellenaacutellaacutesi erő nyilvaacuten eacuteppen egyenlő a hajoacutecsavarok toloacuteerejeacutevel A hajoacutecsavarra ill leacutegcsavarra az IK45 feladat megoldaacutesaacutenaacutel elmondottak eacuterveacutenyesek de a koumlvetkező elteacutereacutesekkel (azonos jeloumlleacuteseket hasznaacutelva)

az aacuteramlaacutesi iraacuteny megfordul hiszen a hajoacutecsavar hozza leacutetre azt hasznos teljesiacutetmeacuteny a hajoacutecsavarnaacutel jelentkező erő eacutes a c2 sebesseacuteg (ez a hajtott jaacutermű

sebesseacutege) szorzata oumlsszes teljesiacutetmeacuteny a leacutetrehozott mozgaacutesi energiavaacuteltozaacutes az időegyseacutegre vetiacutetve

Iacutegy a propeller vagy propulzioacutes hataacutesfok

2

121

222

21

2

22

21

1

2

22

2

cccc

c

cAcc

cAcc

PP

pp

p

ouml

hp

Ne feledjuumlk hogy c2 a leacutegcsavarralhajoacutecsavarral hajtott jaacutermű sebesseacutege A maximaacutelis haladaacutesi sebesseacuteg 468 kmh Egy hajoacutecsavar toloacuteereje 1979 kN a koumlzegellenaacutellaacutesi erő pedig ennek eacuteppen keacutetszerese kb 3958 kN Vissza a feladathoz hellip

IK48 feladat megoldaacutesa A hasznos teljesiacutetmeacuteny oumlsszefuumlggeacuteseacuteben valamennyi sebesseacuteget a szeacutelsebesseacuteg fuumlggveacutenyekeacutent kell kifejezni

ppph cAcccP 21

1112 63206011 cccc sz

11121 8160

26320

2ccccccp

22

9154

54 mAp

Ezeket behelyettesiacutetve 31

2111 245091511915816063208500 cccc

ahonnan a szeacutelsebesseacuteg c1=1256 ms-ra adoacutedik c2=794 ms eacutes cp=1025 ms Veacuteguumll a szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban hatoacute erő kb 828 N Vissza a feladathoz hellip

IK49 feladat megoldaacutesa A meacutert teljesiacutetmeacutenyből eacutes az erőből

sm

FPc ouml

p 81500

12000

Mivel ez a sebesseacuteg a szaacutemtani koumlzepe a hajoacutecsavar előtt eacutes moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban eacuterveacutenyes elmeacuteleti sebesseacutegeknek a hajoacutecsavar moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg

smccc p 51352822 12

A hajoacutecsavar propellerhataacutesfoka

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6063

31250

525131

2

1

2

2 1

221

11

cccc

ccFcF

pp

azaz kb 312 Megjegyzeacutes Itt az eddigiektől elteacuterően a hajoacutecsavar előtti sebesseacuteget jeloumlltuumlk c1-el Vissza a feladathoz hellip

IK50 feladat megoldaacutesa A szeacutelkereacutek hataacutesfokaacuteboacutel

22

2

1

2

82011650

c

cc

p

A szeacutelkereacutek moumlgoumltt nagy taacutevolsaacutegban a sebesseacuteg elmeacuteleti eacuterteacuteke 123 ms

A szeacutelkereacutek siacutekjaacuteban a sebesseacuteg

smcccp 5516

2312820

221

A szeacutelkereacutek aacuteltal szolgaacuteltatott teljesiacutetmeacuteny WcAcccP ppph 243115516089151551631282021

azaz kb 243 kW Vissza a feladathoz hellip

IK51 feladat megoldaacutesa A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutegaacutenak kiszaacutemiacutetaacutesaacutera keacutet lehetőseacuteg kiacutenaacutelkozik vagy az impulzus-teacutetelt alkalmazzuk vagy a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacutera vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesekből indulunk ki Amennyiben az impulzus-teacutetel alkalmazzuk egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlopot koumlruumllfogoacute az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel aacuteramloacute folyadeacutekkal szemben a nyomaacutesloumlkeacutes rsquocrsquo terjedeacutesi sebesseacutegeacutevel (a hang terjedeacutesi sebesseacutege) mozgoacute ellenőrző feluumlletre akkor a keletkező nyomaacutesloumlkeacutest eredmeacutenyező erőkuumlloumlnbseacuteg

ApccvcvA Az egyszerűsiacuteteacutesek utaacuten figyelembe veacuteve hogy a szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek (v) a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege (c)

cvp Ennek az oumlsszefuumlggeacutesnek az alkalmazaacutesaacutehoz ismernuumlnk kell a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet (c) ami a hang terjedeacutesi sebesseacutege a folyadeacutekban eacutes itt most nem ismert Ha a folyadeacutek eacutes a csőfal rugalmassaacutegaacuteboacutel indulunk ki akkor a koumlvetkező gondolatmenet szerint jaacuterhatunk el Ha figyelmen kiacutevuumll hagynaacutenk a folyadeacutek eacutes a cső rugalmassaacutegaacutet akkor a veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő elzaacuteraacutes veacutegtelen nagy nyomaacutesemelkedeacutest eredmeacutenyezne ahhoz hasonloacutean ahogy az

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6163

aacutellandoacute sebesseacuteggel haladoacute szilaacuterd test veacutegtelen roumlvid idő alatt toumlrteacutenő megaacutelliacutetaacutesaacutehoz veacutegtelen nagy erő lenne szuumlkseacuteges

A folyadeacutek rugalmassaacutega koumlvetkezteacuteben egy rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute folyadeacutekoszlop lE

plOH

2

1 roumlviduumlleacutest

szenved el a rugalmassaacutegra vonatkozoacute Hook-toumlrveacuteny szerint Ezen koumlzben a csőfal rugalmassaacutega miatt annak eredeti rsquodrsquo aacutetmeacuterője a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes hataacutesaacutera neacutemileg megnő

acb

b

EΔσ

dΔd

Felhasznaacutelva hogy a csoumlvekre vonatkozoacute szilaacuterdsaacutegtani oumlsszefuumlggeacutesek szerint

sdp b

2

tovaacutebbaacute felteacutetelezve hogy a csőfal rugalmassaacutega miatt toumlrteacutenő aacutetmeacuterővaacuteltozaacutes eacutes az

ennek koumlvetkezteacuteben előaacutelloacute roumlviduumlleacutes relatiacutev eacuterteacuteke azonos azaz b

b

dd

ll

22 a haacuterom

oumlsszefuumlggeacutesből lsd

Epl b

ac

2

Veacutegezetuumll a folyadeacutekoszlop relatiacutev roumlviduumlleacutese eacutes a keletkező nyomaacutesemelkedeacutes koumlzoumltt az alaacutebbi oumlsszefuumlggeacuteshez juthatunk

sd

EEp

lll

ll b

acOH

11

2

21

Most teacutetelezzuumlk fel hogy az eredeti rsquovrsquo sebesseacuteggel haladoacute folyadeacutek az rsquolrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat koumlruumllbeluumll ugyanannyi idő alatt teszi meg mint a vele szemben rsquocrsquo sebesseacuteggel raacute vonatkoztatva tehaacutet rsquoc+vrsquo

sebesseacuteggel haladoacute nyomaacutesloumlkeacutes a rsquoΔlrsquo hosszuacutesaacuteguacute utat tehaacutet ll

cvv

A szokaacutesos aacuteramlaacutesi sebesseacutegek a csővezeteacutekekben aacuteltalaacuteban keacutet-haacuterom nagysaacutegrenddel

kisebbek mint a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege ezeacutert ll

cv

A keletkező nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega tehaacutet

cv

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

Igaz hogy ebben az oumlsszefuumlggeacutesben is szerepel a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutege de a koraacutebban az impulzus-teacutetelből kapott oumlsszefuumlggeacutessel egybe vetve lehetőseacuteg van ennek a sebesseacutegnek a

kikuumlszoumlboumlleacuteseacutere

vp

v

sd

EE

pb

acOH

111

2

tehaacutet

v

sd

EE

pb

acOH

11

1

2

A zaacuteroacutejelben a neacutegyzetgyoumlk alatt szereplő toumlrtet a szakirodalomban redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus neacuteven is szoktaacutek emlegetni Mivel a viacutez eacutes az aceacutel rugalmassaacutegi modulusa koumlzoumltt keacutet nagysaacutegrend kuumlloumlnbseacuteg van az aceacutel javaacutera (az aceacutel keveacutesbeacute rugalmas mint a viacutez) koumlzeliacutető szaacutemiacutetaacutesoknaacutel az aceacutel rugalmassaacutegaacutet sokszor el is hanyagoljaacutek A behelyettesiacuteteacutes előtt ki kell szaacutemiacutetanunk hogy mekkora az aacuteramlaacutes sebesseacutege

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6263

sm

dVvb

943006060

410160

4

2

3

2

Ide behelyettesiacutetve a keresett nyomaacutesloumlkeacutes nagysaacutega

Pav

sd

EE

pb

acOH

1091194010

260

101021

1021001

111

1 53

656

2

Ez a nyomaacutes nagyobb a megadott hataacutereacuterteacutekneacutel tehaacutet bekoumlvetkezhet a toumlreacutes ha zaacuteraacutes ideje tuacutel roumlvid A nyomaacutesloumlkeacutes teljes nagysaacutegaacutenak kialakulaacutesa akkor keruumllhető el ha a zaacuteraacutes ideje nagyobb mint amennyi idő alatt a csővezeteacutek megadott hosszaacuten a nyomaacutesloumlkeacutes veacutegigfut majd a veacutegpontroacutel visszaverődve megeacuterkezik a zaacuteraacutes helyeacutehez Kiszaacutemiacutetva a nyomaacutesloumlkeacutes terjedeacutesi sebesseacutegeacutet

sm

vpc 1262

9430100010911 5

tehaacutet a zaacuteraacutesi idő legyen nagyobb mint sec 03601262

2322

cl

Vissza a feladathoz hellip

IK52 feladat megoldaacutesa

22

785404

1 mAb

sm

Amc

5652

9103600785401066 6

1

A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3656

1059195652910

10841

101021

1019001

1

11

1

2

sm

vpc

299839

565291010519 5

sec

91129983910522 3

c

l

Ha a zaacuteraacutes időtartama hosszabb 119 maacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK53 feladat megoldaacutesa A hirtelen zaacuteraacuteskor keletkező nyomaacutesloumlkeacutes

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip

SZE-MTK-JAacuteI Mechatronika eacutes Geacutepszerkezettan Tanszeacutek

6363

Pav

sd

EE

pb

acOH

5

3

3

656

108340131000

10611023

101021

1021001

1

11

1

2

sm

vpc

381317

1310108340

3

5

sec 28801317

382

cl

Ha zaacuteraacutes időtartama hosszabb 3 szaacutezadmaacutesodpercneacutel a kiszaacutemiacutetottnaacutel csak kisebb nyomaacutesloumlkeacutes alakul ki Vissza a feladathoz hellip

IK54 feladat megoldaacutesa Ebben az esetben a redukaacutelt rugalmassaacutegi modulus egyenlő a viacutez rugalmassaacutegi modulusaacuteval

Pa

E

p

OH

5

6

1049141000

10210011

11

2

smpc 1449

10104914

3

5

Iacutegy a nyomaacutesloumlkeacutes azaz a hang terjedeacutesi sebesseacutege viacutezben 1449 ms Vissza a feladathoz hellip