H13 Vortex Apparatus Hydrologie-Demonstratoren Lehrmittel
VORTEX-GERÄT
Mit dem Vortex-Gerät können Schüler sowohl freie als auch erzwungene Wirbel erzeugen und das Wirbelwasseroberflächenprofil messen.
Die Ausrüstung besteht aus einem transparenten Behälter auf einem Tragrahmen, der auf einer hydraulischen Bank montiert wird (gravimetrische oder volumetrische hydraulische Bänke, H1 oder H1D – separat erhältlich). Es kann auch mit einem anderen geeigneten Zu- und Abfluss für sauberes Wasser funktionieren.
Ein Niederspannungsmotor mit variabler Drehzahl dreht das Schiff um seine vertikale Achse. Eine Geschwindigkeitssteuereinheit (im Lieferumfang enthalten), die abseits des Hauptgeräts angebracht ist, regelt die Rotationsgeschwindigkeit.
Um einen erzwungenen Wirbel zu erzeugen, geben die Schüler Wasser in das rotierende Gefäß, bis es etwa zur Hälfte gefüllt ist. Es bildet sich ein erzwungener Wirbel. Nach einigen Minuten wird der Wirbel konstant und die Schüler können das Oberflächenprofil mit der Traversensonde messen. Der Traversentaster kann sowohl horizontal als auch vertikal verfahren werden und beide Achsen verfügen über lineare Maßstäbe. Schüler können auch die Verteilung der Gesamtdruckhöhe messen, indem sie die Quersonde durch ein Staurohr ersetzen.
Um einen freien Wirbel zu erzeugen, platzieren die Schüler einen kleineren, perforierten transparenten Zylinder im Hauptgefäß. Dadurch entsteht ein Ringraum, in den eine kontinuierliche Wasserzufuhr geleitet wird. Wenn sich das Gefäß dreht, strömt Wasser durch die Perforationen und strömt langsam spiralförmig nach innen zu einem kleinen Loch in der Mitte des Gefäßbodens. Die Oberfläche fällt schnell zur Mitte hin ab und es entsteht ein Luftkern. Die Studierenden messen das Oberflächenprofil mit dem Traversentaster.
LERNERFOLGE
• Bestimmung des Oberflächenprofils eines erzwungenen Wirbels
• Bestimmung des Oberflächenprofils eines freien Wirbels
• Bestimmung der gesamten Fallhöhenänderung in einem erzwungenen Wirbel
• Vergleich der Ergebnisse mit theoretischen Vorhersagen
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untersuchung.
