A note on the stability of generalized Couette flow

Zusammenfassung Die Stabilität der laminaren Strömung zwischen zwei koaxialen Kreiszylindern, die durch Rotation des inneren Zylinders und Wirkung eines konstanten Druckgradienten in Umfangsrichtung erzeugt wird, wird untersucht mit Hilfe eines Näherungsverfahrens, welches nur die bekannten Stabilitätskriterien für Couette-Strömung zwischen zwei gegenrotierenden Zylindern und Poiseuille-Strömung in einem gekrümmten Kanal benutzt. Es ergibt sich dass solch eine Methode kritische Werte für das Auftreten der Instabilität liefert, die in guter Übereinstimmung mit denen vonDi Prima [2] sind und dass die Methode eine zufriedenstellende Erklärung für die ziemlich unerwartete Abhängigkeit des Taylor-Görtler-Parameters und der kritischen Wellenzahl von der Grösse des azimutalen Druckgradienten gibt.     

Shape of the surface of a rotating electrically conducting liquid

Zusammenfassung Es wird die Strömung einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in einem um seine Achse rotierenden vertikalen Kreiszylinder in einem Magnetfeld untersucht. Die Form der Oberfläche der Flüssigkeit wird unter dem Einfluss eines axialen sowie auch eines radialen Magnetfeldes diskutiert.Die freie Oberfläche, die beim Fehlen eines magnetischen Feldes ein Rotationsparaboloid ist, wird beim Anwachsen des Feldes immer mehr verzerrt und abgeflacht. Qualitativ haben beide Felder dieselbe Auswirkung, aber quantitativ ist der Einfluss des radialen Feldes grösser.     

Jet issuing in all directions from a thin slit round a circular cylinder of small radius containing liquid under pressure

Zusammenfassung Das Problem eines zweidimensionalen Strahles, der aus einem dünnen Schlitz herausströmt, ist gelöst worden durchSchlichting in Form von unendlichen Reihen, und durchBickley in geschlossener Form. Das Problem eines dreidimensionalen, achsensymmetrischen Strahles ist gelöst worden durchSchlichting. In vorliegender Publikation wird das Problem eines dreidimensionalen Strahles aus einem kreisrunden Schlitz in der Wand eines Kreisrohres behandelt. Zu diesem Zweck wurde die Annahme getroffen, dass die Grenzschichtapproximationen im Strahl gültig sind. Bei Einführung der Stokesschen Stromfunktion ist eine Ähnlichkeitslösung der Differentialgleichung für gefunden und das Problem in geschlossener Form gelöst worden. Der totale Mengenfluss durch einen zylindrischen Schnitt des Strahles wurde berechnet.     

NewK-band superheterodyne electron spin resonance spectrometer

Zusammenfassung Ein neuartiges Elektronenspinresonanz-Spektrometer für 24 GHz wird beschrieben. Das Instrument benützt als wesentliches Merkmal einen auf den Mikrowellenoszillator phasenstabilisierten Lokaloszillator. Hierbei kann der erstere mittels eines Peter-Strandberg-Phasenstabilisators entweder auf den Holraumresonator für ESR-Experimente oder auf die Harmonischen eines Kristalloszillators stabilisiert werden. Für die Mikrowellenbrücke wird eine Zirkulator-slidescrew tuner-Kombination verwendet, mit welcher leicht eine Isolation von 70 db erreichbar ist. Das Mischersignal von Lokal- und Hauptoszillator wird als Referenz für den Zwischenfrequenz-Phasenstabilisator verwendet. Die damit erzielte Kohärenz zwischen Referenz und Signal erlaubt eine weitgehende Elimination des Lokaloszillatorrauschens und der durch den Hohlraumoszillator verursachten nichtlinearen Amplituden- und Phasenverzerrungen. Die Wahl der Phase des Elektronenresonanz-Signals wird im Gegensatz zu bekannten Verfahren mittels Verzögerungsleitungen im Zwischenfrequenzkanal vorgenommen. Dadurch können Absorptions- und Dispersionssignal willkürlich gewählt werden, und die üblichen Schwierigkeiten der Phasenwahl im Mikrowellensystem fallen weg.Die bisher übliche Theorie der Empfindlichkeit des Instruments wird in einigen wichtigen Punkten eingehender dargestellt und speziell die Effekte der nichtlinearen Phasen-und Amplitudenverzerrungen durch den Hohlraumresonator auf das Verhältnis von Signal nahmen praktisch eliminiert werden können. Die dadurch mit dem Instrument bei sehr niedriger Mikrowellenleistung erzielbare hohe Empfindlichkeit von 2·10¹⁰ spins bei Zimmertemperatur wird an einem Beispiel demonstriert.

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Contains part of PromotionsarbeitP. Schmid, ETH, 1966.     

Vibrations of rotating beams with tip mass

Zusammenfassung Es werden die zur Rotationsebene normalen Biegeschwingungen eines rotierenden Stabes mit Endmasse studiert; insbesondere wird im Anschluss an eine frühere Arbeit, die sich auf die Grundschwingung beschränkte, der Einfluss der Endmasse bei grösseren Winkelgeschwindigkeiten auf die höheren Eigenschwingungen untersucht. Dabei werden Störungsmethoden und asymptotische Näherungen in Verbindung mit den klassischen Verfahren vonRayleigh-Ritz undSouthwell angewendet. Für Stäbe veränderlichen Querschnittes wird nachgewiesen, dass für Eigenschwingungen genügend hoher Ordnung und hinreichend grosse Winkelgeschwindigkeiten die Eigenfrequenzen durch die Endmasse erhöht werden. Für Stäbe konstanten Querschnittes werden numerische Schranken angegeben, welche dieses Resultat bereits für die erste Oberschwingung beweisen. Dieses Verhalten steht im Gegensatz zu demjenigen der Grundschwingung, deren Eigenfrequenz durch eine Endmasse stets erniedrigt wird.     

Slow rotation of a sphere in a slightly viscoelastic fluid contained in an infinite cylinder

Zusammenfassung In den letzten Jahren haben viskoelastische Strömungen an Bedeutung gewonnen. Wegen des nichtlinearen Charakters dieser Probleme ist es notwendig, vereinfachende Verfahren zu verwenden.Langlois undRivlin haben eine Anzahl solcher Aufgaben mit besonderen mathematischen Verfahren gelöst. In der klassischen Dynamik viskoser Flüssigkeiten ist das Problem der langsamen Bewegung einer Kugel in einem unendlichen Kreiszylinder durchBrenner undSonshine behandelt worden. In der vorliegenden Arbeit wird die Aufgabe verallgemeinert und die durch eine rotierende Kugel erzeugte Strömung einer schwach viskoelastischen Flüssigkeit in einem unendlichen Kreiszylinder untersucht. Die Bewegung wird so langsam vorausgesetzt, dass Trägheitsglieder vernachlässigbar sind. Das Geschwindigkeits- und das Druckfeld werden analytisch untersucht; ferner wird ein anschauliches Beispiel durchgerechnet und die Strömung im Bilde dargestellt.     

On the growth of transverse waves in anisotropic elastic materials

Zusammenfassung Es wird gezeigt, dass die Amplituden ebener, transversaler Beschleunigungswellen, bei Fortpflanzung in einem anisotropischen und hyperelastischen Körper, entweder sich unendlich erweitern, oder bis auf Null abklingen können, je nach den Eigenschaften des Elastizitäts-Tensors zweiter Ordnung; auch wird weiterhin gezeigt, dass das Verhalten gewisser Komponenten der Unstetigkeits-Begleiterscheinungen dritter Ordnung tatsächlich verknüpft ist mit dem Verhalten der primären transversalen Wellen.     

A second order solution for the non-equilibrium flow of a relaxing gas in a plane expansion

Zusammenfassung Um eine analytische Lösung zu erhalten, welche Effekte der endlichen Entropie- und Wirbelstärkeerzeugung berücksichtigt, ist die linearisierte Theorie formell durch Einbeziehung von Grössen zweiter Ordnung erweitert worden. Anwendungen sind gegeben für den Fall einer ebenen Expansionsströmung eines harmonisch relaxierenden Gases, das sich nicht im Gleichgewicht befindet. Die Theorie zweiter Ordnung zeigt eine Verbesserung gegenüber der ersten Ordnung in der Voraussage der Zustandsgrössen entlang der Wand. Insbesondere wird eine Abschätzung der Abweichungen der asymptotischen Wandwerte des Druckes, der Temperatur usw. vom entsprechenden Gleichgewichtswert für unendliche Reaktionsgeschwindigkeiten ermöglicht.     

Simple waves and shock waves in a thin prestressed elastic rod

Zusammenfassung Ein halb-unendlicher dünner elastischer Stab wird einer monoton ansteigenden Störung am freien Ende unterworfen. Die unstetige Wellenbewegung für endliche Verzerrungen wird untersucht, und die Bedingungen zur Bildung von Stössen werden aufgestellt. Eine implizite Lösung für die Wellenbewegung im Gebiete einfacher Wellen wird mittels der Methode der Charakteristiken erhalten. Eine andere und explizite Lösung in diesem Gebiete wird gefunden durch Anwendung der Theorie sich fortpflanzender Diskontinuitätsflächen, als eine Taylor-Reihe um die Ankunftszeit der Wellenfront. Es wird gezeigt dass der Koeffizient des ersten Gliedes in der Entwicklung eine Lösung für eine homogene nichtlineare gewöhnliche Differentialgleichung ecster Ordnung darstellt. Die übrigen Koeffizienten befriedigen lineare, jedoch inhomogene gewöhnliche Differentialgleichungen mit veränderlichen Koeffizienten. Für den Fall einer rampenartigen Belastung und für Stossbildung an der Wellenfront wird für schwache Stösse durch Anwendung einer Methode von Friedrichs die Vereinigung von einfachen Wellen untersucht. Als Beispiel wird die Entlastung eines Stabes betrachtet, der einer anfänglichen Dehnung von 50% unterworfen ist.     

A theory of mixtures with microstructure

Zusammenfassung Eine Theorie der Mischungen von Flüssigkeiten mit Mikrostruktur wird von einem Energiepostulat hergeleitet, wobei das Prinzip der Indifferenz des Bezugssystems benutzt wird. Es werden Definitionen für die Wärmeproduktion der Mischung, innere Energie, Wärmeströmung und Spannungen gegeben, welche mit denjenigenTruesdells übereinstimmen.     

On the shape of a rotating fluid system consisting of a gas bubble enclosed in a liquid globe

Zusammenfassung Vorliegende Arbeit untersucht die Gleichgewichtsfiguren eines im schwerelosen Zustand rotierenden Systems, bestehend aus einer Gasblase und einem endlichen Flüssigkeitskörper. Das Gas wird von der Flüssigkeit eingeschlossen. Es wird die kritische Winkelgeschwindigkeit bestimmt, bei welcher die Oberfläche der Gasblase diejenige des umgebenden Flüssigkeitskörpers berührt. Das Problem ist von Bedeutung für Experimente in der für die Zukunft geplanten Orbit-Werkstatt.     

The effect of boundary conditions and mesh size on the accuracy of finite difference solutions of two-point boundary problems

Zusammenfassung Es werden inhomogene Randwertaufgaben bei einer gewöhnlichen linearen Differentialgleichung 2. Ordnung mit konstanten Koeffizienten untersucht. Es gibt dann bekanntlich Ausnahmefälle, wo die Länge des Grundintervalls kritisch ist, das heisst die Randwertaufgabe im allgemeinen keine Lösung besitzt. Auch wenn die Differentialgleichung durch eine Differenzengleichung approximiert wird, hat letztere kritische Intervalle, und es zeigt sich, dass in der Nähe eines kritischen Falles die Lösungen der Differential- und der Differenzengleichung erheblich voneinander abweichen können. Es wird ferner bewiesen, dass bei Verfeinerung der Maschenlänge die kritischen Intervalle der Differenzengleichung gegen diejenigen der Differentialgleichung streben oder über alle Grenzen wachsen.     

Über ein Variationsproblem aus der nichtlinearen Stabilitätstheorie zäher,inkompressibler Strömungen

Zusammenfassung Diese Arbeit behandelt die Druckverteilung eines schlanken zweidimensionalen Profiles bei Anström-Machzahl 1. Sie zeigt die Beziehung zwischen der lokalen Linearisationsmethode vonSpreiter und einem in sich vollständigen mathematischen Iterationsverfahren. Bedauerlicherweise führt diese genauere Theorie zu schlechterer Übereinstimmung mit den Messungen für die berechneten Fälle. Die Bedeutung der Resultate wird diskutiert.     

On thermal effects in viscoplasticity

Zusammenfassung Das Ziel der Arbeit bildet die Beschreibung der elasto-viskoplastischen Materialien im Rahmen der Thermodynamik von Materialien mit inneren Parametern. Als die thermodynamischen Variablen wurden der Deformationstensor und die Temperatur, als die inneren Parameter die Komponenten des Tensors der inelastischen Deformation eingeführt.Von den konstitutiven Voraussetzungen für elasto-viskoplastische Materialien ausgehend, wurden die Beschränkungen, die das zweite Prinzip der Thermodynamik einführt, untersucht. Der Tensor der inelastischen Deformation wird durch eine linearisierte gewöhnliche Differentialgleichung erster Ordnung beschrieben. Es wurde weiterhin der Relaxationsprozess für ein elasto-viskoplastisches Material diskutiert.

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To ProfessorHerny Görtler on his sixtieth birthday     

A tenth-order theory of stretching of transversely isotropic sheets

Summary The problem of determining three-dimensional Poisson's ratio effect corrections for two-dimensional plane stress theory is solved approximately by assuming equilibrium stress systems with parabolic variations in thickness direction of the primary face-parallel stresses. An application of a variational theorem for stresses and displacements is shown to lead to a tenth-order system of two-dimensional differential equations for stress measures and certain weighted averages of displacements components. It is further shown that the solution of the tenth-order system can be expressed in terms of a bi-harmonic function, in conjunction with the solutions of one second-order and one fourth-order differential equation, involving Laplace operators only.

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Zusammenfassung Das Problem der drei-dimensionalen Korrekturen für die zwei-dimensionale Theorie des ebenen Spannungszustandes wird, durch die Anwendung eines Variationsprinzips für Spannungen und Verschiebungen approximativ auf ein zwei-dimensionales Problem von zehnter Ordnung reduziert. Es wird weiterhin gezeigt das die Lösung dieses Systems ausgedrückt werden kann durch eine Bi-Potential-Funktion, zusammen mit der Lösung einer Gleichung zweiter Ordnung, und der Lösung einer Gleichung vierter Ordnung, die beide nur Laplace Operatoren enthalten.

     

Vonnegut's spraying fountain—an oxygen-pressure dependent chemical process

Zusammenfassung Vonneguts klassisches Experiment über das Zerstäuben kleinster positiv hoch geladener Wassertröpfchen aus einer Kapillare wurde in einem geschlossenen Gefäss unter kontrollierten Bedingungen wiederholt. Die Zerstäubungsversuche wurden bei verschiedenen Mischungsverhältnissen des die Kapillare umgebenden Stickstoff-Sauerstoff-Gemisches ausgeführt, wobei Nebelproben gesammelt und analysiert wurden. Die erhaltenen Resultate deuten auf eine mögliche Reaktion des an der Kapillarenspitze in der Corona aktivierten Stickstoffes mit Wasser. Dies führt zur Bildung von Nitrit- und Nitrationen im gesammelten Nebel. In Gegenwart kleiner Sauerstoffmengen wird das Nitrit quantitativ zu Nitrat oxydiert. Dieses für die Atmosphärenchemie möglicherweise bedeutsame Phänomen ist begleicet von einer anderen Erscheinung, die vielleicht in Beziehung steht mit der Bildung natürlicher Nebel. Es wird gezeigt, dass bei schrittweiser Senkung des Sauerstoff-Stickstoff-Druckes in der Umgebung der Kapillare die Flüssigkeit nicht mehr zerstäubt wird, sondern als Strahl auftritt. Der den Übergang kennzeichnende Druck hängt direkt von der Zusammensetzung des Gasgemisches ab. Im reinen Stickstoff findet unterhalb 760 torr bei den gewählten experimentellen Bedingungen kein Zerstäuben statt, wogegen in einer Atmosphäre, deren Zusammensetzung der Luft entspricht, der Übergang bei etwa 615 torr liegt, also bei einem Druck der 1700 m Meereshöhe entspricht.     

Electron optics in multi-stage lens system (II)

Zusammenfassung Die Ausdrücke für die relativistischen Kardinalelemente einer elektrischen Zweirohr-Linse werden vermittels eines Störungsverfahrens hergeleitet und auf den Fall schwacher Linsen angewendet. Es wird angenommen, dass das Potential auf der Achse den vonSpangenberg gegebenen Wert besitzt.Hierauf werden die relativistischen Kardinalelemente eines aus solchen Linsen bestehenden Systems in ähnlichen Formen wie im nichtrelativistischen Fall ausgedrückt, unter Heranziehung der Ausdrücke für eine Linse. Die Ergebnisse der Rechnung werden an einem typischen Fall erläutert.     

Bounding eigenvalues of clamped plates

Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zur Berechnung von oberen und unteren Schranken für die Eigenwerte einer eingespannten Platte beliebiger Form dargestellt. Die Methode besteht darin, exakte Partikulärlösungen der Plattengleichung ( ² u=u) zu konstruieren, welche die Randbedingungen des Plattenproblems approximativ erfüllen. Der Abstand zwischen dem Eigenwert der Partikulärlösung und einem Eigenwert des Plattenproblems kann dann mit Hilfe eines Lemmas vonMoler undPayne abgeschätzt werden.Als Beispiele wurden die ersten Eigenwerte der quadratischen Platte sowie einiger elliptischer Platten berechnet. Für eine spezielle elliptische Platte sind die ersten vier Eigenwerte angegeben.     

Nonlinear Vibration of a Pendulum in a Viscous Stream

Zusammenfassung In dieser Arbeit wird eine Regelgleichung, die den Gang eines Stabpendels in einem Reibungsstrom von veränderlicher Geschwindigkeit beschreibt, entwickelt. Nichtlineare Effekte, die durch Reibungskräfte verursacht sind, und grosse Stabamplituden sind in der Diskussion eingeschlossen. Wir setzen voraus, dass die Reibungskräfte sowohl am Stab als auch am eigentlichen Pendelkörper wirken. Die Methode erster Ordnung von Krylov und Bogoliuboff ergibt eine approximative allgemeine Lösung der Bewegungsgleichung. Wir wenden die Lösung auf den Spezialfall eines Pendels in einem gleichmässigen Reibungsstrom an.     

The plastic indentation of a semi-infinite solid by a perfectly rough circular punch

Zusammenfassung In dieser Arbeit werden das plastische Spannungsfeld und ein zulässiges Geschwindigkeitsfeld für den eben begrenzten Halbraum gegeben, der unter dem Einfluss eines ideal rauhen, starren Stempels mit kreisförmigem Querschnitt steht. Das Material ist als starr-plastisch vorausgesetzt, ohne Verfestigung, und der Fliessbedingung vonTresca genügend. Es wird gezeigt, dass die Hypothese vonHaar undvon Kármán auf dieses Problem anwendbar ist, wonach zwei von den drei Hauptspannungen gleich sind. Es wird auch eine gültige Fortsetzung des plastischen Spannungsfeldes ins starre Gebiet in der Nähe des Stempels erhalten.