Geschreven door studenten die geslaagd zijn Direct beschikbaar na je betaling Online lezen of als PDF Verkeerd document? Gratis ruilen 4,6 TrustPilot
logo-home
Tentamen (uitwerkingen)

Solution Manual for Introduction to Fluid Mechanics, 6th Edition by William S. Janna, 9780367341275, Covering Chapters 1-13 Includes Rationales

Beoordeling
-
Verkocht
-
Pagina's
878
Cijfer
A+
Geüpload op
05-05-2025
Geschreven in
2024/2025

Solution Manual for Introduction to Fluid Mechanics, 6th Edition by William S. Janna, 9780367341275, Covering Chapters 1-13 Includes Rationales

Instelling
Vak

Voorbeeld van de inhoud

Chapter 1 • Introduction
k k
k




1.1 Ak gask atk 20Ck mayk bek rarefiedk ifk itk containsk lessk thank1012k moleculeskperkmm3.kIfkA
vogadro’sknumberkisk6.023E23kmoleculeskperkmole,kwhatkairkpressurekdoeskthiskrepresent?

Solution: Thekmasskofkonekmoleculekofkairkmaykbekcomputedkas
Molecularkweight 28.97kmol−1
mk= =
=k4.81E−23kgkAvogadro’sknumber
6.023E23kmolecules/gkmol

Thenkthekdensitykofkairkcontainingk1012kmoleculeskperkmm3kis,kinkSIkunits,

k=k⎛1012k
moleculesk⎞⎛k g ⎞
4.81E−23
|
⎝ mm3 ⎠⎝
|| moleculek|⎠
gk =k4.81E−5k kg
=k4.81E−11
mm3 m3
Finally,kfromkthekperfectkgasklaw,kEq.k(1.13),katk20Ck=k293kK,kwekobtainkthekpressure:
⎛ kgk ⎞ ⎛ m2k k ⎞
pk=kkRTk=k|k4.81E−5
3|
| k287 s2Kk|k(293kK)k=k4.0kPa ns.
⎝ m ⎠⎝ ⎠


1.2 Thekearth’skatmospherekcankbekmodeledkaskakuniformklayerkofkairkofkthicknessk20kkmka
ndkaveragekdensityk0.6kkg/m3k(seekTablekA-
6).kUsekthesekvaluesktokestimatekthektotalkmasskandktotalknumberkofkmoleculeskofkairkinktheken
tirekatmospherekofkthekearth.

Solution:
Letk Rek bek thek earth’sk radiusk k 6377k km.k Thenk thek totalk massk ofk airk ink theka
tmospherekis

mtk =k∫kkdVolk=kavgk(AirkVol)kkavgk4kR2ek(Airkthickness)
=k(0.6kkg/m3k)4k(6.377E6km)2k(20E3km)kk6.1E18kkg Ans.
Dividingkbykthekmasskofkonekmoleculekk4.8E−23kgk(seekProb.k1.1kabove),kwekobtainkthektot
alknumberkofkmoleculeskinkthekearth’skatmosphere:

N molecules =k
m(atmosphere)k
=
6.1E21kgrams k1.3E44kmolecules Ans.
m(onekmolecule) 4.8E−23kgm/molecule

,2 SolutionskManualk •k FluidkMechanics,kFifthkEdition


1.3 ForkthektriangularkelementkinkFig.kP1.3,k
showkthatkaktiltedkfreekliquidksurface,kinkcont
actkwithkankatmospherekatkpressurekpa,kmustk
undergokshearkstresskandkhencekbeginktokflo
w.

Solution:kAssumekzerokshear.kDuektokeleme Fig.k P1.3
ntkweight,kthekpressurekalongktheklowerkandkr
ightksideskmustkvaryklinearlykaskshown,ktokakh
igherkvaluekatkpointkC.kVerticalkforceskarekpre
sumablykinkbalancekwithkele-
kmentkweightkincluded.kButkhorizontalkforces

karekoutkofkbalance,kwithkthekunbalancedkforc

ekbeingktokthekleft,kduektokthekshadedkexcess-
pressurektrianglekonkthekrightksidekBC.k Thusk
hydrostatickpressureskcannotkkeepkthekeleme
ntkinkbalance,kandkshearkandkflowkresult.


1.4 Thekquantitieskviscosityk,kvelocitykV,kandksurfacektensionkYkmaykbekcombinedkintok ak
dimensionlesskgroup.kFindkthekcombinationkwhichkiskproportionalktok.kThiskgroupkhaskakcu
stomarykname,kwhichkbeginskwithkC.kCankyoukguesskitskname?

Solution: Thekdimensionskofkthesekvariableskarek{}k=k{M/LT},k{V}k=k{L/T},kandk{Y}k=
{M/T2}.k Wek mustk dividek k byk Yk tok cancelk massk {M},k thenk workk thek velocityk intok thekg
roup:
⎧ k ⎧kMk/LTk ⎧Tk ⎧kLk
=k =k , hencekmultiplykbyk{V}k=k ;
{k }k {k 2k }k {k } { }
⎩kYJkk ⎩ Mk/Tk JkL⎩kk J ⎩kTJk
Vk
finallykobtaink =k dimensionless. Ans.
Y
ThiskdimensionlesskparameterkiskcommonlykcalledkthekCapillarykNumber.


1.5 Akformulakforkestimatingkthekmeankfreekpathkofkakperfectkgaskis:
 k
lk=k1.26k =k1.26k k(RT)
k
(1)
kk(RT) p

, Chapterk1k •k Introduction 3

wherektheklatterkformkfollowskfromkthekideal-
gasklaw,kk=kpRT.kWhatkarekthekdimensionskofkthekconstantk“1.26”?kEstimatekthekmeankfree
kpathkofkairkatk20Ckandk7kkPa.kIskairkrarefiedkatkthiskcondition?




Solution:k k Wekknowkthekdimensionskofkeveryktermkexceptk“1.26”:
⎧kM ⎧kMk {R}k=k⎧{kk L2 2 } {T}k=k{}
{l}k=k{L}k {}k=k{ LT } {}k=k{k 3k} T k
⎩ J ⎩L J ⎩ J
Thereforekthekabovekformulak(firstkform)kmaykbekwrittenkdimensionallykas
{M/LT}
{L}k=k{1.26?} =k{1.26?}{L}
k



{M/L }[{L k/T kk}{}]
3 2 2


Sincekwekhavek{L}konkbothksides,k{1.26}k=k{unity},kthatkis,kthekconstantkiskdimensionless.kT
hekformulakiskthereforekdimensionallykhomogeneouskandkshouldkholdkforkanykunitksystem.

Forkairkatk20Ck=k293kKkandk7000kPa,kthekdensitykiskk=kpRTk=k(7000)/[(287)(293)]k=k0.
0832kkgm3.kFromkTablekA-
2,kitskviscositykisk1.80E−5kN ks/m2.kThenkthekformulakpredictkakmeankfreekpathkof
1.80E−5
lk=k1.26k k9.4E−7km Ans.
k


1/2
(0.0832)[(287)(293)]
Thiskiskquiteksmall.kWekwouldkjudgekthiskgasktokapproximatekakcontinuumkifkthekphysicalksc
aleskinkthekflowkarekgreaterkthankaboutk100kl,k thatkis,kgreaterkthankaboutk94km.


1.6 Ifkpkiskpressurekandkykiskakcoordinate,kstate,kinkthek{MLT}ksystem,kthekdimensionskofkth
ekquantitiesk(a)kpy;k(b)k∫kpkdy;k(c)k2py2;k(d)kp.

Solution: (a)k{ML−2T−2}; (b)k{MT−2}; (c)k{ML−3T−2}; (d)k{ML−2T−2}


1.7 Aksmallkvillagekdrawsk1.5kacre-
footkofkwaterkperkdaykfromkitskreservoir.kConvertkthiskwaterkusagekintok(a)kgallonskperkminut
e;kandk(b)kliterskperksecond.

Solution:k Onekacrek=k(1kmi2640)k=k(5280kft)2640k=k43560kft2.kThereforek1.5kacre-
ftk=k65340kft3k=k1850km3.kMeanwhile,k1kgallonk=k231kin3k=k231/1728kft3.kThenk1.5kacre-
ftkofkwaterkperkdaykiskequivalentkto
ft3 ⎛k1728k galk⎞⎛ 1 dayk⎞ gal
Qk=k65340 |k 3 || k |kk340k Ans.k(a)
day ⎝ 231 ft k ⎠⎝1440k k mink ⎠ min

, 4 SolutionskManualk •k FluidkMechanics,kFifthkEdition


Similarly,k1850km3k=k1.85E6kliters.kThenkakmetrickunitkforkthiskwaterkusagekis:
Qk=k⎛|1.85E6 dayLk ⎞||⎛ k 1 dayk⎞k L Ans.k(b)
k 86400k k seck| k21k s
⎝ ⎠⎝ ⎠


1.8 SupposekthatkbendingkstresskkinkakbeamkdependskuponkbendingkmomentkMkandkbeamk
areakmomentkofkinertiakIkandkiskproportionalktokthekbeamkhalf-
thicknessky.kSupposekalsokthat,kforkthekparticularkcasekMk=k2900kinlbf,kyk=k1.5kin,kandkIk=k0.
4kin4,kthekpredictedkstresskisk75kMPa.kFindkthekonlykpossiblekdimensionallykhomogeneouskfo
rmulakfork.

Solution:k Wekarekgivenkthatkk=kykfcn(M,I)kandkwekareknotktokstudykupkonkstrengthkofkmater
ialskbutkonlyktokusekdimensionalkreasoning.kForkhomogeneity,kthekrightkhandksidekmustkhave
kdimensionskofkstress,kthatkis,

⎧kMk
{}k=k{y}{fcn(M,I)}, or: =k{L}{fcn(M,I)}
{k 2k }
⎩ LT J ⎧k M
or: thekfunctionkmustkhavekdimensionsk{fcn(M,I)}k=k
{k }
⎩ L2T2kJ
Therefore,ktokachievekdimensionalkhomogeneity,kweksomehowkmustkcombinekbendingkmo
ment,kwhosekdimensionskarek{ML2T–
2
},kwithkareakmomentkofkinertia,k{I}k=k{L4},kandkendkupkwithk{ML–2T–
2
}.kWell,kitkiskclearkthatk{I}kcontainskneitherkmassk{M}knorktimek{T}kdimensions,kbutkthekbe
ndingkmomentkcontainskbothkmasskandktimekandkinkexactlykthekcom-

kbinationkwekneed,k{MT

2
}.kThuskitkmustkbekthatkkiskproportionalktokMkalso.kNowkwek havekreducedkthekproblemkto:
⎧ML2k
k = yMkfcn(I), or ⎧ k Mk k
=
{k 2k } {L}{ 2 }{fcn(I)}, or:k k {fcn(I)}
=k{L−4k}
⎩LT J ⎩
T
J
Wek needk justk enoughk I’sk tok givek dimensionsk ofk {L–4}:k wek needkthek formulak tok bek exactly
inversekinkI.kThekcorrectkdimensionallykhomogeneouskbeamkbendingkformulakiskthus:
Myk
k =kCk , wherek{C}k=k{unity} Ans.
I
ThekformulakadmitsktokankarbitrarykdimensionlesskconstantkCkwhosekvaluekcankonlykbekobtai
nedkfromkknownkdata.kConvertkstresskintokEnglishkunits:kk =k(75kMPa)(6894.8)k=k10880klb
fin2.kSubstitutekthekgivenkdatakintokthekproposedkformula:
lbfk Myk (2900klbfin)(1.5kin)k
k =k10880k =kCk =kCk , or: Ckk1.00 Ans.
2 I 4
in 0.4kin
ThekdatakshowkthatkCk=k1,korkk =kMy/I,kourkoldkfriendkfromkstrengthkofkmaterials.

Gekoppeld boek

Geschreven voor

Vak

Documentinformatie

Geüpload op
5 mei 2025
Aantal pagina's
878
Geschreven in
2024/2025
Type
Tentamen (uitwerkingen)
Bevat
Vragen en antwoorden

Onderwerpen

$21.49
Krijg toegang tot het volledige document:

Verkeerd document? Gratis ruilen Binnen 14 dagen na aankoop en voor het downloaden kun je een ander document kiezen. Je kunt het bedrag gewoon opnieuw besteden.
Geschreven door studenten die geslaagd zijn
Direct beschikbaar na je betaling
Online lezen of als PDF


Ook beschikbaar in voordeelbundel

Maak kennis met de verkoper

Seller avatar
De reputatie van een verkoper is gebaseerd op het aantal documenten dat iemand tegen betaling verkocht heeft en de beoordelingen die voor die items ontvangen zijn. Er zijn drie niveau’s te onderscheiden: brons, zilver en goud. Hoe beter de reputatie, hoe meer de kwaliteit van zijn of haar werk te vertrouwen is.
ALPHANURSE Teachme2-tutor
Volgen Je moet ingelogd zijn om studenten of vakken te kunnen volgen
Verkocht
12
Lid sinds
1 jaar
Aantal volgers
1
Documenten
496
Laatst verkocht
2 maanden geleden

4.9

486 beoordelingen

5
437
4
41
3
5
2
2
1
1

Recent door jou bekeken

Waarom studenten kiezen voor Stuvia

Gemaakt door medestudenten, geverifieerd door reviews

Kwaliteit die je kunt vertrouwen: geschreven door studenten die slaagden en beoordeeld door anderen die dit document gebruikten.

Niet tevreden? Kies een ander document

Geen zorgen! Je kunt voor hetzelfde geld direct een ander document kiezen dat beter past bij wat je zoekt.

Betaal zoals je wilt, start meteen met leren

Geen abonnement, geen verplichtingen. Betaal zoals je gewend bent via iDeal of creditcard en download je PDF-document meteen.

Student with book image

“Gekocht, gedownload en geslaagd. Zo makkelijk kan het dus zijn.”

Alisha Student

Bezig met je bronvermelding?

Maak nauwkeurige citaten in APA, MLA en Harvard met onze gratis bronnengenerator.

Bezig met je bronvermelding?

Veelgestelde vragen