De flytande mekanik Det är en gren av mekanik som ägnar sig åt att studera egenskaper och beteende hos vätskor, oavsett om de är vätskor eller gaser. Det bygger på principerna för Newtons fasta mekanik: Newtons lagar, bevarande av energi och fart.
Inom både teknik- och miljö- och miljövetenskap spelar vätskor en viktig roll. Luften och vattnet som omger oss och som upprätthåller livet är vätskor, liksom blod och andra vätskor i människokroppen och i djur..
Luftströmmar och vattenströmmar är faktorer som bestämmer klimatet och egenskaperna hos de ekosystem som är värd för levande varelser. Växter, som är livets stöd, utnyttjar vätskans egenskaper för att anpassa sig och trivas i olika miljöer.
Å andra sidan är det viktigt att känna till vätskans beteende för att utforma strukturerna som formar civilisationen. Därifrån kommer utformningen av rör, bevattningssystem, civila konstruktioner, kyl, värme, bilar, båtar, flygplan, sportartiklar och mycket mer..
Vätskans mekanik fortsätter att fungera även när man flyttar sig bort från den markbundna miljön. I själva verket är solen, centrum för solsystemet, en kolossal massa av gasformig vätska, vars existens beror på balansen mellan gravitation och hydrostatiskt tryck..
Stjärn- och planetmagnetfält är en följd av rörelsen av elektriska laddningar och modelleras genom dynamiken i vätskor. Så vitt vi vet gäller dessa principer också för alla stjärnor, därför är fluidmekanik en universell disciplin..
Artikelindex
De forntida civilisationer som blomstrade i Mellanöstern och Östeuropa hade en gedigen förståelse för vätska. De var tydliga i konstruktionen av bevattningskanaler och båtar.
Under 3-talet f.Kr. formulerade fysikern Archimedes i Syracuse (287-212 f.Kr.) principerna för flytkraft och hydrostatik, lika giltiga som nu.
Det är känt att de forntida romarna blev anmärkningsvärda för hantering och transport av vatten för hushålls- och jordbruksbruk. De byggde bad och många av deras akvedukter står fortfarande kvar..
På samma sätt tog araberna som invaderade den iberiska halvönen med sig mycket av grekernas kunskap som de praktiserade när de byggde sina byggnader..
Men medeltiden gick utan uppenbarligen några framsteg inom denna disciplin, tills Leonardo da Vinci (1452-1519) ägnade sig åt experiment och studier av aerodynamik..
Blaise Pascal (1623-1662) var en fransk forskare som vågade in i många inlärningsfält på sin tid och kastade ett nytt ljus på vätskans natur genom att fastställa, omkring 1648, principen som bär hans namn och skapa den hydrauliska pressen. Några år tidigare var Evangelista Torricelli (1608-1647) den första som mätte atmosfärstrycket.
Men det var Isaac Newton (1642-1727) som lade grunden för de fenomen som är förknippade med vätskor. Inte bara genom att upprätta de tre lagarna i Dynamics, som är tillämpliga på alla objekt med massa.
Newton studerade också vätskans viskositet: det finns faktiskt en Newtons lag för viskositet som fortfarande är giltig idag.
År 1738 använde den schweiziska matematikern och fysikern Daniel Bernoulli (1700-1782) energibesparingen på en ideal vätska och formulerade ekvationen som bär hans namn och beskriver beteendet hos vätskor i rörelse. Samtidigt utvecklade Claude Navier (1785-1836) och George Stokes (1819-1903) de grundläggande ekvationerna för viskös vätskedynamik.
I slutet av 1800-talet studerade Osborne Reynolds (1842-1912) turbulens och fastställde ett kriterium för att urskilja laminära och turbulenta flöden..
Dimensionsanalys applicerad på vätskor uppstår också med Ludwig Prandtl (1875-1953) och Prandtl-numret. Beräkning föranledde mycket mer komplexa vätskeflödesimuleringar, vanliga men besvärliga att karakterisera med tillgängliga analytiska modeller.
Fluid Mechanics studerar vätskornas beteende och är indelad i tre huvudområden:
Dessa discipliner gäller både gaser och vätskor, även om den exklusiva studien av dessa kallas hydraulik. Hydrostatik hänvisar å sin sida till studier av vätskor i vila och hydrodynamik när de är i rörelse..
Reologi omfattar kunskapen relaterad till deformationer och materiens flöde. Även om det betraktas som en del av kontinuerliga medias mekanik, är det nära relaterat till vätskor, eftersom dessa kännetecknas exakt av deras förmåga att strömma.
Andra viktiga grenar är aerodynamik, som analyserar flödet av gaser som luft, liksom meteorologi, oceanografi och hydrologi..
När man tittar på vätskor visar man sig att de består av atomer och molekyler, inte lika bundna som de för ett fast ämne. Det är möjligt att hålla koll på rörelsen hos ett förlängt men ändå ändligt föremål, men hur håller du reda på de otaliga partiklarna i en gas eller vätska??
Svaret ligger i dessa nyckelbegrepp: densitet och tryck. Istället för att arbeta med enskilda massor och vikter arbetar du med densitet, vilket är massa per volymenhet. Förenad med densitet är specifik vikt, vilket är vätskans vikt per volymenhet.
Och i stället för kraft kännetecknas vätskor av Tryck utövas på ytor, vilket definieras som kraft per ytenhet.
Beskriver friktionen mellan vätskans lager, en egenskap som avgör hur dess rörelse kommer att bli.
Archimedes princip är grundläggande inom hydrostatik. Detta säger att en kropp helt eller delvis nedsänkt i en vätska i vila, upplever en vertikal tryckkraft som motsvarar vikten av volymen av vätska som lossas..
Den fastställer att trycket i en komprimerbar vätska inuti en behållare överförs från en punkt till en annan med samma intensitet..
Det motsvarar bevarande av mekanisk energi som appliceras på en del av den ideala vätskan som strömmar genom ett rör..
Det är en måttlös kvantitet som används för att skilja mellan laminära och turbulenta flöden..
Det är en dimensionlös mängd som kännetecknar överföringen av värme genom konvektion till flödet av en viss vätska.
I början gav vi en inte särskilt uttömmande lista över de många tillämpningarna av fluidmekanik. Nedan kommer vi kort att nämna några av de mest relevanta:
Det är en maskin som består av ett rör med två olika tvärsnitt, fyllda med en okomprimerbar vätska. När en kraft appliceras på en kolv i den smala sektionen multipliceras den vid utgången av en större kolv i den breda sektionen.
De är maskiner som ökar trycket medan de flyttar vissa komprimerbara vätskor, såsom gaser. På detta sätt tvingar de dem att strömma, samtidigt som de får energi som kan användas för att utföra mekaniskt arbete..
Maskiner som använder en vätska för att rotera blad eller propellrar, som också utför mekaniskt arbete.
Luftkonditioneringssystem: värme och luftkonditionering, är baserade på egenskaperna hos vätskor för att värmera miljöer.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.