Wikipedia:Redaktion Physik/Qualitätssicherung/Archiv/2019/November

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Größenordnung (Druck)

Hallo zusammen, habe eine neue Liste von Größenordnungen erstellt. Ich zähle auf Euch, bei der Füllung der Liste. Es fallen sicher jedem ein paar Bereiche ein wo unterschiedliche Drücke relevant sind. --ChristianBausW (Diskussion) 10:44, 26. Nov. 2019 (CET)

Unabhängig vom Inhalt: Geh mal in deine Einstellungen → Helferlein und mache ein Häkchen bei "Der Begriffsklärungs-Check hebt Links auf Begriffsklärungsseiten farblich hervor.". Dann schau dir noch mal deinen Artikel an und löse die fünf Links auf BKLs in der Einleitung auf. --Wrongfilter ... 11:21, 26. Nov. 2019 (CET)

Super, vielen Dank für den Tipp! --ChristianBausW (Diskussion) 11:26, 26. Nov. 2019 (CET)

Die Abschnitte Weblinks und Quellen sollten nicht leer bleiben. --Leyo 17:56, 26. Nov. 2019 (CET)

Ich bin aus mehreren Gründen unglücklich über die Darstellung:

1) Ich finde sie Überschriften sehr(!) unübersichtlich. Überall Pascal und bar und dazu jede Menge Nullen, die man einzeln zählen darf.

Beispiel:

100.000.000 Pa (1.000 bar) bis 100.000.000.000 Pa (1.000.000 bar)

Ich empfehle das zu ändern in

100 MPa bis 100 GPa

oder

100 MPa – 100 GPa

Wer mit Mega und Giga nichts anzufangen weiß, zählt auch keine Nullen.

2) Bar wird immer seltener verwendet, ist überhaupt keine SI-Einheit und sollte wenn dann nur in Ausnahmefällen (vielleicht nur bei der Standardatmosphäre) erwähnt werden.
3) Außerdem sollten m.E. in den Überschriften keine   sein. Die Überschriften dienen ja auch als Sprungmarken.
4) Wäre eine tabellarische Aufstellung nicht günstiger? Dann stünden die Zahlen schön säuberlich untereinander. In den Artikeln Schallgeschwindigkeit und Beleuchtungsstärke hat man es bspw. so gemacht. -- Wassermaus (Diskussion) 01:24, 29. Nov. 2019 (CET)

Was ist das für ein schreckliches Mischmasch: „Die von den Grundeinheiten Newton und Fläche“ …

Entweder Einheiten (Newton, Quadratmeter) oder Größen (Kraft, Fläche) bitte.

Was eine „Grundeinheit“ sein soll, wäre auch noch zu klären.

„ein bar entspricht 100.000 Pascal“:

Der Unterschied zwischen der Einheit Bar und ihrem Einheitenzeichen bar sollte bekannt sein. Außerdem ist das keine Entsprechung, sondern eine Gleichheit (und dann mit einer Ziffer 1).

Die Beachtung von Schreibweise von Zahlen oder Zifferngruppierung in Blick auf das Tausendertrennzeichen wäre auch ganz sinnvoll. Die Beachtung des vorstehenden Beitrags von Wassermaus, Punkt 1) würde das Problem umgehen.

Es bleibt für einen qualifizierten Artikel noch viel zu beachten. --der Saure 10:20, 29. Nov. 2019 (CET)

Nachtrag: Für die Umrechnung der Einheiten habe ich in Zusammenhang mit atmosphärischem Druck in Erinnerung:

1 mbar = 1 hPs (Hektopaskal). --der Saure 18:59, 29. Nov. 2019 (CET)

Es sollten unbedingt Quellen hinzugefügt werden. Ansonsten lassen sich die Angaben nicht verifizieren. 330 GPa (3.300.000 bar) Druck im Erdkern - Wenn man sich ein mal die Mühe macht und die Quelle ansieht, dann stellt man fest, dass dies der Druck am Übergang zwischen festen und flüssigen Eisenkern ist. Da ist aber ein Unterschied zu der Aussage im Erdkern. Für den Druck im Sonnenkern finde ich einen höheren Wert.

Die Überschriften sollten wie oben vorgeschlagen angepasst werden. Überschriften ohne Inhalt (0,001 Pa (0,00000001 bar) bis 1 Pa (0,00001 bar)) machen für mich keinen Sinn. Entweder man fügt ein Beispiel ein oder man entfernt sie und fügt sie erst ein, wenn es ein Beispiel gibt. Der Zusammenhang zwischen Bar und Pascal reicht in der Einführung - Bar kann nicht nur in den Überschriften, sondern komplett entfernt werden. --Doc ζ 11:29, 30. Nov. 2019 (CET)

 Info: Ich habe versucht, die Kritik dieser Seite in den Artikel umzusetzen. Dabei habe ich nicht die Zahlenwerte überprüft, gemäß der Anmerkung von Doc ζ ist das noch zu tun. Kein Einstein (Diskussion) 15:28, 30. Nov. 2019 (CET)

Da haben nun mehrere Mitwirkende hier zur Verbesserung beigetragen. Ich glaube, der Artikel hat dadurch (wohl auch in nächster Zeit) genügend Aufmerksamkeit. Daher ist das Kapitel hier erledigt? (Mit Dank an ChristianBausW für die Initiative!) Kein Einstein (Diskussion) 21:41, 1. Dez. 2019 (CET)

Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: Kein Einstein (Diskussion) 21:41, 1. Dez. 2019 (CET)

Rubenssches Flammenrohr

Die Erläuterung im aktuellen Artikel ist falsch, es muss heißen:

• Am Ende des Rohres ist ein Knoten (statischer Druck, die Gasmoleküle bewegen sich nicht)
• An Druckbäuchen (oszillierender Druck) sind keine Flammen sichtbar, an Knoten dagegen schon.

Der Grund steht im englischen Artikel: Der Gasausfluss ist proportional zur Quadratwurzel des Drucks in der Röhre. Der zeitliche Mittelwert des Drucks an den Knoten ist größer als der zeitliche Mittelwert an den Bäuchen.

Solange bis ich oder jemand anders den Artikel verbessert hat habe ich ihm mal ein QS-babberl gegeben.--Debenben (Diskussion) 13:22, 17. Nov. 2019 (CET)

@Debenben: Zustimmung, dass der Artikel verbessert werden muss. Dabei aber folgende Anmerkungen zu Deinen zwei Punkten:

• Bei Deinem ersten Punkt muss beachtet werden, dass es da unterschiedliche Versuchsaufbauten gibt. "Am Ende des Rohres" befindet sich im Artikel a) auf der einen Seite eine Membran, durch die die Schallwellen im Rohr erzeugt werden; b) auf der anderen Seite ein Kolben, an dem der Schall (für jede festgehaltene Position des Kolbens) nur reflektiert wird. Du scheinst in Deiner Argumentation noch an eine andere Form des Kolbenendes zu denken, nämlich c) an ein festes Ende, an dem der Schall reflektiert wird.

Der von Dir beschriebene Knoten tritt bei b) und c) auf, wohingegen das "Ende des Rohres" mit der Membran (a) einen Bauch hat.

Der Satz, in dem das erwähnt wird, ist aber tatsächlich falsch, weil dort mit dem "Abschluss, an dem die Welle reflektiert wird," ein Bauch assoziiert wird.

• Bei Deinem zweiten Punkt ist mir zum einen nicht klar, ob Du wirklich "keine Flammen" meinst, oder "kleinere Flammen" meinst. Außerdem meinst Du in der Begründung wohl auch nicht den "zeitlichen Mittelwert des Drucks" (der bei einer Sinusschwingung an Bäuchen und Knoten gleich ist), sondern den "zeitlichen Mittelwert der Quadratwurzel des Drucks", oder?

Ja, der Artikel sollte verbessert werden. Solange ist das QS-Bapperl berechtigt. --Dogbert66 (Diskussion) 11:31, 21. Nov. 2019 (CET)

Danke für die Korrektur mit dem zeitlichen Mittelwert der Quadratwurzel des Drucks und den beiden Enden, ich habe natürlich das Ende mit dem Stopfen bzw. Kolben gemeint und nicht das Ende mit der Membran. Ob es nur kleinere Flammen oder garkeine Flammen an den Bäuchen sind hängt meines Wissens davon ab wie man Gashahn und Lautstärke einstellt.

Ein anderer Satz der meines Wissens falsch ist wäre "Bei geringer Schallintensität kann sich der Effekt durch Wirbelbildung und Reibung umkehren.", denn Wirbel und Reibung würde man an den Bäuchen erwarten, da wo die Flammen eh schon kleiner sind und je geringer die Schallintensität desto weniger, einen Umkehreffekt gibt es meines Wissens nicht.--Debenben (Diskussion) 21:59, 21. Nov. 2019 (CET)

Ich habe den Artikel neugeschrieben, wäre schön wenn noch mal jemand drüberlesen könnte.--Debenben (Diskussion) 21:50, 28. Nov. 2019 (CET)

Im Abschnitt "Funktionsweise" sind letzten Absatz Druckbauch und Druckknoten vertauscht. Bei einem offenen Ende ist der Wechseldruck Null, also ein Knoten. An einem festen Ende wird der Druck reflektiert, da ist die Schallschnelle Null.

Im Abschnitt "Erklärung" bin ich mir nicht sicher, ob Bernoulli der richtige Ansatz ist. Aber es ist ja eine Quelle vorhanden, dann wird es schon stimmen. Es müsste wohl heißen: die Quadratwurzel des zeitlich gemittelten Drucks (statt erst die Wurzel und dann das Mittel).--M.J. (Diskussion) 22:37, 28. Nov. 2019 (CET)

@M.J.:Bei einem offenen Ende ist meines Wissens ein Bauch, da die Gasmoleküle dort ja "frei" schwingen können ohne dass der Druck größer wird.

Der zeitlich gemittelte Druck ist gleich, denn es wird ja eine Sinusschwingung über die gesamte Periode integriert:

$\int _{0}^{2\pi }(p_{0}+\sin(t))dt=\int _{0}^{2\pi }p_{0}dt$

demnach ist auch die Wurzel aus dem zeitlich gemittelten Druck gleich. Anders ist es hingeggen wenn man die Wurzel zeitlich mittelt:

$\int _{0}^{2\pi }{\sqrt {p_{0}+\sin(t)}}dt<\int _{0}^{2\pi }{\sqrt {p_{0}}}dt$

vielleicht sollte man das noch mal als Gleichung verdeutlichen.

In dem Ficken und Stephenson wird auch noch ein Phänomen betrachtet welches sie "gaping" nennen: Unter bestimmten Bedingungen kann an den Druckbäuchen auch Luft eingesaugt werden und dazu führen dass die Flammen dort größer sind. Das habe ich erst mal weggelassen damit die normale Funktionsweise (Bernoulli) im Vordergrund steht und dieser Spezialfall nicht zu viel Verwirrung stiftet. Ich denke dem Phänomen müsste man trotzdem noch einen kurzen Abschnitt spendieren.--Debenben (Diskussion) 00:34, 29. Nov. 2019 (CET)

@Debenben: Am offenen Ende kann das Gas frei schwingen, das sehe ich genauso. Es läuft eine Welle hin und eine zurück $exp(i\omega t-ikx)$ und $exp(i\omega t+ikx)$ (in komplexer Schreibweise). Die kann man in die eindimensionale, linearisierte Eulergleichung ${\frac {d}{dt}}u+1/\rho {\frac {d}{dx}}p=0$ einsetzen und bekommt, wenn man die beiden addiert: $i\omega u(exp(i\omega t-ikx)+exp(i\omega t+ikx))+{\frac {1}{\rho }}pik(exp(i\omega t-ikx)-exp(i\omega t+ikx))$. Entscheidend ist hier das Vorzeichen zwischen den exp-Funktionen: Es gibt Orte, an denen ist der Wechseldruck Null: $exp(i\omega t-ikx)-exp(i\omega t+ikx)=0$ und andere Orte, an denen ist die Schallschnelle Null: $exp(i\omega t-ikx)+exp(i\omega t+ikx)=0$. An einem festen Ende ist die Schnelle Null, denn das Gas kann nicht durch die Wand. An den anderen Orten (mit einer viertel Wellenlänge Abstand) ist der Druck Null, so beim offenen Ende.

Zur Flammenhöhe: Ich meine, dass die sich nicht mehr alleine durch die lineare Akustik erklären lässt. Die Bernoulligleichung gilt erst einmal für stationäre Strömungen. Sie kommt aus der Integration der Euler-Gleichung entlang einer Stromlinie. Hier ist es nicht stationär, ob sie trotzdem angewendet werden kann ist mir jedenfalls nicht klar.--M.J. (Diskussion) 22:50, 1. Dez. 2019 (CET)

@M.J.: Bzgl. der Druckknoten und -bäuchen sollte die Darstellung im Artikel dann ja passen. Ich kann zumindest keinen Satz im Artikel finden wo es nach meiner Überarbeitung vertauscht war oder ist.

Zur Bernoulligleichung: In dem Ficken und Stephenson paper wird gezeigt, dass die Ergebnisse mit der Berechnung nach Bernoulli mit diversen Messwerten übereinstimmen, dass Viskosität vernachlässigbar ist und wie groß der Einfluss der Temperatur ist. Es gibt eine Untersuchung zur zeitlichen Änderung der Flammenhöhe [1] die zeigt, dass die Flammen an den Druckbäuchen phasenversetzt mitschwingen, aber dass bei normalem Betrieb Bernoulli gilt, dem wird nicht widersprochen. Die Untersuchung packe ich noch mal als Referenz in den Artikel.--Debenben (Diskussion) 23:42, 1. Dez. 2019 (CET)

@Debenben: Wenn ich es richtig sehe, ist im Abschnitt "Entstehung von Resonanz" inklusive der Fallunterscheidungs-Punkte Bauch und Knoten vertauscht. Dort, wo die Bewegung maximal ist, sollte der Wechseldruck Null sein. Das sollte meine obige Rechnung belegen. Zudem würde ich nicht schreiben, dass das offene Ende "in Takt" mti der Membran schwingt, denn es kann auch gegenphasig schwingen.

Im nächsten Abschnitt müsste die Integration über eine ganze Periode gehen $T=1/f=2\pi /\omega$.

In K.L. Gee steht was zur Entwicklung und dass noch nicht alles endgültig geklärt ist. Diesen Artikel konnte ich im Gegensatz zu Ficken und Stephenson lesen.

Inzwischen macht der Artikel auch schon was her.--M.J. (Diskussion) 23:03, 2. Dez. 2019 (CET)

Stimmt, ich habe irgendwie Druck und Schallschnelle vertauscht, sollte jetzt behoben sein und die fehlenden $2\pi$ habe ich auch ergänzt. Zum Artikel von Ficken und Stephenson habe ich dir mal nen Link zugeschickt. Was nicht entgültig geklärt ist bezieht sich auf "need for more quantitative experiments of the reversal phenomenon" und "transition from normal to reversal operation". Beim "normalen" Betrieb ist dieser Effekt vernachlässigbar.--Debenben (Diskussion) 01:50, 3. Dez. 2019 (CET)

@Debenben: Danke für die Zusendung der Quelle von Ficken et. al. Der Wiki-Artikel gibt jetzt deren Aussagen zusammengefasst recht gut wieder. Trotzdem würde ich in "Umkehreffekt bei geringen Drücken" nicht so absolut die $p_{g}=$0,2N/m² setzen, denn es kommt ja beim untersuchten Aufbau auch auf $p_{a}$ an. Eine gute Formulierung fällt mir gerade nicht ein, vielleicht etwa "wird ein gewisser Überdruck im Rohr unterschritten [...]". Das könnte reichen, da auch der Überdruck im "Normalbetrieb" nicht erwähnt ist.

Noch ein paar Anmerkungen, die aber nicht gleich in den Artikel einfließen müssen:

• Die Aussagen in der Quelle lesen sich vorsichtiger als im Wiki-Artikel.
• Im Normalbetrieb ist an den Bäuchen $p_{g}<p_{a}$, also der Term unter der Wurzel für einige t negativ.
• Einen Verweis auf MD Gardner, KL Gee, G Dix: An investigation of Rubens flame tube resonances (2009) setzen? Dort ist eine detailliertere Theorie, die die Akustik der Flammenlöcher einbezieht. Im Detail habe ich es mir nicht angesehen.--M.J. (Diskussion) 19:11, 8. Dez. 2019 (CET)

Den Verweis auf die detailliertere Betrachtung der Akustik habe ich eingebaut und die Absolutwerte sowie $p_{g}$ und $p_{a}$ als Messwerte für einen konkreten Aufbau als eigenen Absatz angefügt. Da die ursprünglichen Fehler behoben sind erledige ich mal die QS. Das bedeutet natürlich nicht, dass man den Artikel nicht weiter verbessern kann. Wer noch Ideen hat, darf den Artikel auch gerne selber umschreiben und verbessern.--Debenben (Diskussion) 22:06, 8. Dez. 2019 (CET)

--erledigt|--Debenben (Diskussion) 22:06, 8. Dez. 2019 (CET)}}

@Debenben: Sorry, Debenben, ich deaktiviere das "erledigt" wieder, weil ich den Artikel immer noch nicht für verständlich halte.

• Bei den drei übernanderstehenden Bildern sieht man drei Sinuskurven, bei denen im ersten Bild (Foto vom Versuchsaufbau) klar ist, dass es sich um große und kleine Flammen handelt, aber bei den anderen beiden unklar bleibt, ob Flammenhöhe, Druck oder Schallschnelle gemeint sind.
• Das Bild Datei:Rubenstube.svg hat am Stopfen ein Maximum und an der Membran ein Minimum: welche Größe soll da aufgetragen sein? Wenn es sich um eine Momentaufnahme einer Schwingung handelt, so wären dann sowohl am Stopfen als auch an der Membran einen Bauch -> das klingt nicht richtig! Ich nehme derzeit an, dass nicht nur die Bildunterschrift, sondern auch das Bild angepasst werden muss.
• Es wird mit Bernoulli argumentiert, dass $p_{\text{in}}=p_{\text{out}}+{\frac {1}{2}}\varrho v^{2}$. Da sollte eigentlich $v$ die Schallschnelle sein, weshalb an dieser Stelle dann mit

$(p_{\text{in}}-p_{\text{out}})\ \sim \ v^{2}\ \sim \ \sin ^{2}\omega t\ \sim \ {\frac {1}{2}}(1-\cos 2\omega t)$

erklärt werden sollte, dass die Kurve der Flammenhöhen eine nach oben verschobene Sinuskurve ist, deren Wellenlänge halb so groß wie die des Schalls ist.

• Es fehlt eine anschauliche Erklärung, wie Druckbauch und Druckknoten mit größeren und kleineren Flammen zusammenhängen. Die Argumentation wie in dieser Disk weiter oben, d.h. über das im zeitlichen Mittel ausströmende Gas habe ich im Artikeltext nicht gefunden.
• Warum sieht es im Foto der Versuchsanordnung so aus, als wäre am festen Ende die Flamme beim "Nulldurchgang" der nach oben verschobenen Cosinuskurve? (Knoten in der Schallschnelle -> Minimum im Druck -> geringste ausströmende Gasmenge -> sollte eine besonders kleine Flamme ergeben, es ist aber eine mittelgroße Flamme ??)
• In "Aufbau" wird nicht erwähnt, dass an der Membran der Schall erzeugt wird.

Ich räume ein, dass ein Teil der Verständnisprobleme meine eigenen sein mögen; dennoch würde ich um eine Nachbesserung bitten. --Dogbert66 (Diskussion) 10:26, 10. Dez. 2019 (CET)

@Dogbert66: Vielen Dank für die Anmerkungen, es war mir nicht bewusst, dass es so schwierig formuliert war. Ich habe versucht die entsprechenden Stellen besser zu formulieren, ich weiß nicht wie gut es mir gelungen ist, daher hier nochmal ausführlichere Antworten zu den Punkten:

• Das erste Bild ist das Foto, das zweite die Flammenhöhe die man auch im Foto sieht schematisch dargestellt und das dritte soll der Druck sein, wobei die x-Achse im ersten Foto ungefähr und die x-Achse im zweiten Bild exakt zur x-Achse im dritten Bildes passt.
• Die Unterschriften habe ich umgeschrieben und die Darstellung hoffentlich besser erläutert. Ich bin offen für Vorschläge und Ideen die Zeichnung besser verstänlich zu machen, aber prinzipiell sollte es passen.

Ich merke gerade dass da schon wieder Druck und Schallschnelle vertauscht ist, ich drehe es um.--Debenben (Diskussion) 21:19, 10. Dez. 2019 (CET)

• Die Argumentation mit Bernoulli betrachtet zunächst einen statischen Fall ohne Schallwelle. Dabei ist $v$ die konstante Strömungsgeschwindigkeit des Gases das aus einer Öffnung in einem Kasten strömt in dem ein konstanter Überdruck herscht. Die erste Gleichung ist das Bernoulli-Gesetz an sich als Druck-Gleichung geschrieben, man könnte es auch als Energiegleichung umformen (vielleicht einfacher verständlich?):

${\text{Gesamtenergie eines Fluidelements}}={\text{Gesamtenergie eines Fluidelements innerhalb des Kastens}}={\text{Gesamtenergie eines Fluidelements außerhalb des Kastens}}$

$e={\frac {p_{\text{in}}}{\varrho }}={\frac {p_{\text{out}}}{\varrho }}+{\frac {1}{2}}v^{2}$

Das was du geschrieben hast, sprich wie man auf die Form und Frequenz der stehenden Welle kommt wird überhaupt nicht betrachtet (das sollte man vielleicht noch ergänzen?) Die nächste Gleichung könnte man kürzen auf

$p_{\text{in}}-p_{\text{out}}=:p_{\text{g}}+p_{\text{a}}\sin \omega t$

Die behauptet das was du erklärt hast, ohne es zu begründen. Also: Der konstante Überdruck im Rohr $p_{\text{g}}$ wird größer je stärker wir das Gas aufdrehen. Dazu addiert sich der Druck der Schallwelle. Wir wissen aus obenstehender Betrachtung im Abschnitt Resonanz oder weil wir es im Artikel zur stehende Welle gelesen haben, dass diese stehende Druckwelle irgendeine Sinusform sein muss wobei die Frequenz $\omega$ uns egal ist und die Amplitude $p_{\text{a}}$ von der Position $x$ im Rohr abhängt, man könnte das evtl. explizit als $p_{\text{a}}(x)$ schreiben. Diese Amplitude ist bei Druckknoten null und bei Druckbäuchen maximal und wird größer wenn wir den Lautsprecher aufdrehen.

• Die Argumentation zum zeitlichen Mittel ist im letzten Integral

$m=\int _{0}^{\frac {2\pi }{\omega }}{\dot {m}}\;\mathrm {d} t$

versteckt. Man könnte noch ausführlicher dauf eingehen dass $m$, die Gesamtmasse des austretenden Gases pro Schwingungsperiode, proportional zum zeitlichen Mittelwert ist und den Ausdruck für ${\dot {m}}$ aus der Gleichung darüber einsetzen damit man es auch berechnen kann.

• Knoten in der Schallschnelle -> Bauch in der stehenden Druckwelle -> Minimum der Flammenhöhe. Das Foto habe ich nicht gemacht, daher kann ich nur raten wesshalb das Ende der Flammen links im Bild nicht exakt beim Minimum ist. Gründe könnten sein (1) das Rohr wird nicht exakt im Resonanzbereich betrieben, z.B. weil sie einfach Musik mit mehreren Frequenzen oder ähnliches auf den Lautsprecher gegeben haben und dann einfach ein paar Fotos gemacht haben und geschaut welches am schönsten aussieht. (Theoriefindung ohne dass ich es wirklich nachgeprüft habe:) Ohne besonderes Equipment oder besondere Sorgfalt sind höhere harmonische Frequenzen dabei, die ich aber nicht so gerne auf dem Foto habe weil die Flammen dann ehr eine Berglandschaft und keine einfache Sinusschwingung sind. Um diese Frequenzen zu unterdrücken wähle ich eine Frequenz die etwas neben der eigentlichen Resonanzfrequenz liegt. Das reicht aus um Resonanz für meine Grundfrequenz zu bekommen und die höheren harmonischen sind unterdrückt. (2) der Stopfen oder Kolben schwingt mit, evtl. hat er ja auch eine Resonanzfrequenz die zu der Tonhöhe passt, wesshalb der Aufbau bei der Freqnenz die sie gewählt haben besonders gut funktioniert hat (3) Da wo die Flammen aufhören sind nur die Löcher im Rohr zuende. Der eigentliche Stopfen ist da wo das Rohr aufhört, was in diesem Fall außerhalb des Bildes ist.
• Ich weiß nicht genau was man da am Besten schreiben soll. Man kann einen Lautsprecher in die Röhre einbauen, die Röhre mit einer Folie verschließen und einen Lautsprecher davorbauen oder die Membran mit irgendwelchen Musikinstrumenten zum Schwingen bringen, wie genau das passiert ist eigentlich egal.

Wie du merkst habe ich hier mehr geschrieben als im Artikel und würde in den Artikel nur das übernehmen was zum Verständnis notwendig oder hilfreich ist um ihn nicht zu sehr aufzublähen. Vielleicht kannst du ja das in den Artikel übernehmen was dir beim Verständnis hilfreich erscheint.--Debenben (Diskussion) 21:01, 10. Dez. 2019 (CET)

@Debenben: Sorry, dass ich keine Zeit hatte füher zu antworten. Aber nein, mein grundsätzliches Problem besteht immer noch.

1.) Verwendung der Bernoulli-Gleichung:

• Ich nehme vom Text her an, dass das v in der Bernoulli-Gleichung die Schallschnelle sei. (Ist das richtig?)
• Diese kann am Stopfen aufgrund der Randbedingung nur null sein (Knoten der Schallschnelle).
• Das ergäbe mit $p_{\text{in}}=p_{\text{out}}+{\frac {1}{2}}\varrho v^{2}$ am Stopfen ein festes Druckminimum, und der Druck würde an den folgenden Punkten zwischen 0 und $\sin ^{2}x$ oszillieren. (Ist das richtig???)
• Wenn ich damit falsch liege, führt das zur Frage: ist denn Bernoulli überhaupt zu erwähnen???

2.) Ortsabhängigkeit der Amplitude:

• Du schreibst oben richtig, dass eine Ortsabhängigkeit der Amplitude $p_{\text{a}}(x)$ besteht.
• Die Schallschnelle breitet sich als Welle aus, es gilt daher $v_{1}\ \sim \ \sin \omega (x/c_{\text{Schall}}+t)\ \sim \ \sin x/(2\pi \lambda )\ \cos \omega t+\cos x/(2\pi \lambda )\ \sin \omega t$.

Für die am Stopfen reflektierte Welle gilt: $v_{2}\ \sim \ \sin \omega (x/c_{\text{Schall}}-t)\ \sim \ \sin x/(2\pi \lambda )\ \cos \omega t-\cos x/(2\pi \lambda )\ \sin \omega t$.

Addiert man beide mit der Randbedingung, dass bei x=0 die Schallschnelle verschwindet, also v(x=0) = 0, so ergibt sich $v=v_{1}+v_{2}\sim \ 2\sin x/(2\pi \lambda )\ \cos \omega t$, sowie $v^{2}\sim \ 4\sin ^{2}x/(2\pi \lambda )\ \cos ^{2}\omega t$, was überall positiv ist!

• Der durch die Schallschnelle verursachte Bernoulli-Druck würde also immer von $p_{\text{Minimum}}$ zu $p_{\text{Minimum}}+\sin ^{2}x/(2\pi \lambda )$ oszillieren.
• Das ist tasächlich mein vorwiegendes Verständnisproblem: Ist der im Flammenrohr vorherrschende veränderliche Druck A) der Schalldruck (der sich ohne Reflexion mit $p\ \sim \ \sin \omega (x/c_{\text{Schall}}+t)$ ausbreitet), oder B) der durch die Schallschnelle und die Bernoulli-Gleichung verursachte Druck, dessen Maxima einen Abstand von $\lambda /2$ haben. Im ersten Fall wäre die Bezeichnung Druckbäuche und Druckknoten angebracht, im zweiten wären die "Knoten" bei den Minima, und an allen anderen Stellen würde der Druck oberhalb des Minimaldrucks oszillieren.

3.) Die Grafiken:

• Ich sehe, dass Du die mittlere (also Deine erste) Grafik gespiegelt hast, so dass die Membran jetzt links ist. Im Foto ist der Schallgenerator auf der rechten Seite. Ich vermutete daher, dass sich im Foto auch die Membran auf der rechten Seite befände. (Ist meine Vermutung über das Foto überhaupt richtig???)
• Andererseits erwähnst Du nun in der Bildunterschrift, dass die orangene Fläche den Verlauf der Flammenhöhen illustrieren soll. Mit der Argumentationskette "Höherer Überdruck im Rohr bedeutet, dass mehr Gas austritt; das wiederum bedeutet, dass sich größerer Flammen bilden" wäre das ein Argument dafür, dass der Überdruck tatsächlich durch Bernoulli erzeugt wird, und das eingezeichnete $\lambda /2$ würde durchaus zu meinem unter 1.) genannten Verständnis passen.

Auch passt die Grafik von den Flammenhöhen her zum Foto darüber, sofern sich dort die Membran auf der linken Seite befände (und meine Vermutung über das Foto falsch ist!).

• Das dritte Bild passt nun leider aber gar nicht mehr: a) wo ist da die Membran, wo der Stopfen? b) Wenn das wirklich der oben beschriebene Bernoulli-Druck wäre, so müsste da an allen Stellen das Druckminimum konstant bleiben; am Stopfen oszilliert nichts und allen anderen Stellen oszilliert es dann eben wie unter 2.) beschrieben vom Minimum zu Minimum + $\sin ^{2}x/(2\pi \lambda )$. c) Auch hier hilft es, wenn $\lambda /2$ eingezeichnet würde.

4.) Ansonsten:

• Die Weblinks, die Du mit diesem Edit entfernt hast, verwenden zwar teilweise anderen Versuchsaufbau, wären aber (mit vergleichendem Kommentar) m.E. durchaus sinnvoll.

Du siehst: ich bin durch den Artikel immer noch mehr verwirrt, als dass ich verstehen würde, was nun wirklich passiert... Viele Grüße, --Dogbert66 (Diskussion) 12:12, 17. Dez. 2019 (CET)

@Dogbert66: Dein erster Punkt:

• Ich nehme vom Text her an, dass das v in der Bernoulli-Gleichung die Schallschnelle sei. (Ist das richtig?)

Nein, das ist nicht richtig. In einem Flammenrohr ohne Schall ist die Schallschnelle $v_{\text{Schall}}=0$. Die Geschwindigkeit $v$ ist die Geschwindigkeit mit der Gas aus der Öffnung ausströmt. Sie ist $v={\tfrac {2}{\varrho }}{\sqrt {\Delta p}}$ d.h. mit einem konstanten Überdruck $\Delta p>0$ ist $v>0$, auch wenn $v_{\text{Schall}}=0$ ist.

Den Rest habe ich noch nicht im Detail gelesen, ein paar Punkte aber sind damit vielleicht schon beantwortet.--Debenben (Diskussion) 13:08, 17. Dez. 2019 (CET)

Ich gehe mal die Punkte durch

1)

• Nein, es ist die Geschwindigkeit des Gases, das aus den Löchern strömt, nicht die Schallschnelle.
• Die Schallschnelle ist am Stopfen null, korrekt.
• Mit der zitierten Bernoulli-Gleichung wird nicht der Druck in der Röhre berechet. Sie ist nur dazu da um aus einem bereits berechneten Druck die Höhe der Flamme abzuleiten. An dem Stopfen ist die Schallschnelle null, ein Knoten der Schallschnelle = ein Bauch der Druckwelle. Der Druck an dem Stopfen = Druckbauch oszilliert zwischen $p_{\mathrm {g} }+p_{\mathrm {a} }$ und $p_{\mathrm {g} }-p_{\mathrm {a} }$. Der Druck an einem Druckknoten ist konstant $p_{\mathrm {g} }$.
• Bernoulli besagt, dass die Höhe der Flamme proportional zur Quadratwurzel des Drucks in der Röhre ist, mehr nicht. Für die Berechnung des Drucks in der Röhre wird Bernoulli nicht gebraucht.

2)

• Korrekt
• Korrekt, allerdings wird $v$ im Artikel anders verwendet. Mit der Schallschnelle wird im Artikel nicht gerechnet, es wird stattdessen die Druckwelle genommen. Für diese wird die Form $p_{\text{Schall}}=p_{1}+p_{2}=p_{\mathrm {a} }\sin \omega t$ angenommen.
• Der im Flammenrohr vorherrschende veränderliche Druck ist A) nur dieser Schalldruck. Aber wichtig: Der gesamte im Flammenrohr vorherrschende Druck ist der Schalldruck $p_{\text{Schall}}$ + ein überall gleicher konstanter Überdruck $p_{\mathrm {g} }$.

3)

• Das Foto ist nicht von mir. Ich kann auch nur raten auf welcher Seite sich was befindet.
• Der Überdruck wird nicht durch Bernoulli erzeugt. Bernoulli sagt aus welche Flammenhöhe bei welchem Überdruck zu erwarten ist. (Eigentlich gilt Bernoulli für einen statischen Fall ohne Schallwelle, also mit konstantem Druck. Dass anstelle des konstanten Drucks auch ein konstanter Druck + der momentane Druck der Schallwelle genommen werden kann ist die These die Ficken und Stephenson aufgestellt und durch Messungen untermauert haben und die von allen nachfolgenden Untersuchungen bestätigt wurde.)
• Der Druck am Stopfen = Knoten der Schallschnelle = Bauch der Druckwelle ist $p_{\mathrm {g} }+p_{\mathrm {a} }\sin \omega t$ und oszilliert mit $p_{\mathrm {a} }$ maximal. Die Animation ist passend zum Diagramm eins drüber, wenn es hilft kann trotzdem noch mal $\lambda /2$ einzeichnen.

4) Zu den Weblinks:

• youtube video könnte man wieder einbauen, mich haben die ungenauen Erklärungen gestört, insbesondere "the lower pressure here (zeigt auf Druckknoten) allows more gas to escape into the athmosphere" ... macht keinen Sinn.
• physikanten "Das bedeutet, es gibt in gleichen Abständen Bereiche, in denen der Druck immer wieder maximal wird. Dort wird das Gas stärker herausgepresst als in den Bereichen dazwischen." ist falsch. An den Druckbäuchen sind die Flammen (bei normalem Betrieb) minimal.
• hu berlin Ist falsch: An einem Druckknoten ist (bei normalem Betrieb) ein Maximum der Flammenhöhe.
• tu münchen "An den Druckbäuchen sind die Flammen kleiner, wohingegen an den Knoten die Flammen größer werden." ist zwar korrekt. Die Erklärung die gegeben wird "Der Schalldruck ist an den Knoten zeitlich konstant und das Gas strömt aus. An den Bäuchen ändert sich der Druck stetig und das Gas strömt an den Öffnungen vorbei und kann nicht austreten." ist allerdings doppelt falsch. Einerseits ist an den Druckbäuchen die Schallschnelle Null, d.h. dort strömt nichts. Zum anderen erinnert diese Erklärung an den Ansatz mit dem Rubens und Krigar-Menzel versucht haben den Umkehreffekt bei geringen Drücken mit Wirbelbildung zu erklären. Ficken und Stephenson schreiben dazu "[...] in fact, our measurements indicate that viscosity effects are very small".--Debenben (Diskussion) 21:58, 17. Dez. 2019 (CET)

Oha, dann war meine Vermutung richtig, dass ich mich durch die Bernoulli-Gleichung tatsächlich habe in die Irre leiten lassen: bei der habe ich eben daran gedacht, dass im Rohr (entlang der x-Richtung, d.h. der Rohrachse) Gas strömt und dadurch ein Druckunterschied zwischen innen und außen entstehen würde (Bernoulli erklärt bei einem Rohrverlauf mit sich änderndem Durchmesser einen vom Durchmesser abhängigen Druckverlauf entlang des Rohres).

Inzwischen steht da zwar, dass v die Ausströmgeschwindigkeit sein soll, aber muss dazu wirklich auf Bernoulli verwiesen werden??

M.E. wäre es sehr hilfreich, erst einmal den Druckverlauf in einem Kundtschen Rohr darzustellen (mit einer Abhängigkeit $p(x,t)$). Dann zu erwähnen, dass im Vergleich zum Kundtschen Rohr am dort offenen Ende eine Membran angebracht wird (weil dort sonst das ganze Gas ausströmen würde und wir dort eine ganz tolle Flamme hätten). Und jetzt kommt der Punkt, dass Rubens diesen Druckverlauf durch Flammen sichtbar machen will. Dabei ist eben zu erwähnen, dass Bernoulli nicht eingesetzt werden soll, um aus unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten einen Druckunterschied herzuleiten, sondern um aus dem Druckunterschied herzuleiten, wieviel Gas denn nun an einzelnen Stellen im Rohr ausströmen wird. --Dogbert66 (Diskussion) 10:14, 19. Dez. 2019 (CET)

Ich habe mal einen Satz an dazu an den Anfang gestellt. Ich wollte auf die stehende Welle nicht zu ausführlich eingehen, weil das mMn die Aufgabe des Artikels Stehende Welle sein sollte.--Debenben (Diskussion) 22:59, 20. Dez. 2019 (CET)

Auf dieser Darstellung wäre auch die Strömungsgeschwindigkeit (orange) dargestellt. Ich habe mich letztlich dagegen entschieden weil es durch die zusätzliche Doppelbelegung der Y-Achse wahrscheinlich etwas viel ist, aber wenn es Ideen / Verbesserungsvorschläge gibt kann ich nochmal versuchen die umzusetzen

Reicht das an Verbesserung? Gibt es sonst noch offene Punkte? Die Anpassungen für negative Ausdrücke unter der Wurzel habe ich genauso wie in dem Paper nicht im Artikel mit aufgenommen. Mmn würde es die Formel unnötig kompliziert machen und jeder kann es sich selbst denken wie man das dafür anpassen muss.--Debenben (Diskussion) 14:46, 10. Jan. 2020 (CET)

Bitte gegenlesen! Die Arbeit zu diesem Abschnitt ist meiner Meinung nach erledigt. Ich bitte aber darum, dass jemand anderes den Artikel nochmal überprüft. Bitte füge Kommentare unter diesem Baustein ein. Wenn Du auch meinst, dass der Punkt abgeschlossen ist, setze bitte den erledigt-Baustein zur Archivierung dieser Diskussion.  ----Debenben (Diskussion) 14:46, 10. Jan. 2020 (CET)

Ich habe es nochmal durchgesehen und insb. dir Ortsabhängigkeit beim Druck eingefügt. Ev. wäre nochmal zu überlegen:

• Wenn die negativen Vorzeichen unter der Wurzel stören, kann man Betragsstriche setzen, dann wären die Formel formal richtig.
• Mir kommt vieles bei der Erklärung heuristisch vor. Ev. sollte dort am Anfang stehen, dass es nach dem Paper von George W. Ficken und Francis C. Stephenson beschrieben ist. Bspw. sind die Werte für den den Gasdruck und den Schalldruck nur in einem recht begrenzten Bereich möglich; ein Einfluss von den Flammen wird nicht berücksichtigt, die durch Konvenktion den Druckunterschied erhöhen könnten; ich kann mir auch nicht vorstellen, dass irgendwas an den Löchern wie Helmholzresonatoren wirkt, dafür müsste außen eine Resonanz entstehen.--M.J. (Diskussion) 21:41, 12. Jan. 2020 (CET)

Ich habe das Paper von Ficken und Stephenson und die anderen Betriebsarten bzw. möglichen Effekte expliziter hereingeschrieben. Um die Formel für negative Ausdrücke anzupassen bräuchte es ja neben den Betragsstrichen auch noch das korrekte Vorzeichen vor der Wurzel, also statt

${\dot {m}}(x,t)=A{\sqrt {2\varrho \left(p_{\text{g}}+p_{\text{a}}\sin \left({\frac {2\pi }{\lambda _{n}}}x\right)\sin \omega t\right)}}$

wäre es

${\dot {m}}(x,t)=\operatorname {sgn} \left(p_{\text{g}}+p_{\text{a}}\sin \left({\frac {2\pi }{\lambda _{n}}}x\right)\sin \omega t\right)A{\sqrt {2\varrho \left|p_{\text{g}}+p_{\text{a}}\sin \left({\frac {2\pi }{\lambda _{n}}}x\right)\sin \omega t\right|}}$

daher habe ich jetzt einfach $p_{\text{g}}>p_{\text{a}}$ geschrieben, weiter drunter steht ja dass normalerweise $p_{\text{g}}<p_{\text{a}}$ ist.

Die Erklärung mit den Helmholzresonatoren kommt aus dem paper von Gardner und Gee.--Debenben (Diskussion) 00:02, 18. Jan. 2020 (CET)

Mit $p_{\text{sum}}=p_{\text{g}}+p_{\text{a}}\sin \left({\frac {2\pi }{\lambda _{n}}}x\right)\sin \omega t\quad$ wäre $\quad {\dot {m}}(x,t)=\operatorname {sgn}(p_{\text{sum}}){\sqrt {|p_{\text{sum}}|}}$. Ursprünglich gedacht hatte ich an $|{\dot {m}}|={\sqrt {|...|}}$

Aber so wie es jetzt da steht hat die Formel ihre übersichtlichste Form.--M.J. (Diskussion) 13:07, 18. Jan. 2020 (CET)

Danke nochmal für die vielen Anmerkungen und Verbesserungen, gibt es noch etwas zu tun?--Debenben (Diskussion) 00:18, 26. Jan. 2020 (CET)

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(unvollständig signierter Beitrag von M.J. (Diskussion | Beiträge) 6. April 2020, 19:14 Uhr)

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