The mechanika tekutin Jedná se o obor mechaniky věnovaný studiu vlastností a chování tekutin, ať už jde o kapaliny nebo plyny. Je založen na principech newtonovské mechaniky pevných látek: Newtonovy zákony, zachování energie a hybnosti.
Ve strojírenství i ve vědách o živé přírodě a životním prostředí hrají tekutiny hlavní roli. Vzduch a voda, které nás obklopují a které udržují život, jsou tekutiny, stejně jako krev a jiné tekutiny v lidském těle a ve zvířatech..
Vzdušné proudy a vodní proudy jsou faktory, které určují klima a vlastnosti ekosystémů, které hostí živé bytosti. Rostliny, které podporují život, využívají vlastností tekutin, aby se přizpůsobily a prospívaly v různých prostředích.
Na druhou stranu je znalost chování tekutin nezbytná při navrhování struktur, které formují civilizaci. Odtud pochází návrh potrubí, zavlažovacích systémů, občanských staveb, chlazení, topení, automobilů, lodí, letadel, sportovních potřeb a mnoho dalšího..
Mechanika tekutin pokračuje v činnosti, i když se vzdaluje od pozemského prostředí. Ve skutečnosti je Slunce, střed sluneční soustavy, kolosální hmotou plynné tekutiny, jejíž existence závisí na rovnováze mezi gravitací a hydrostatickým tlakem..
Hvězdné a planetární magnetické pole jsou důsledkem pohybu elektrických nábojů a jsou modelovány pomocí dynamiky tekutin. Pokud víme, tyto principy platí i pro všechny hvězdy, proto je mechanika tekutin univerzální disciplínou..
Rejstřík článků
Starověké civilizace, které vzkvétaly na Středním východě a ve východní Evropě, dobře rozuměly chování tekutin. Byly patrné při stavbě zavlažovacích kanálů a člunů.
Ve 3. století před naším letopočtem formuloval fyzik Archimedes ze Syrakus (287–212 př. N. L.) Principy vztlaku a hydrostatiky, platné tehdy i nyní.
Je známo, že staří Římané se stali významnými pro správu a přepravu vody pro domácí a zemědělské účely. Postavili vany a mnoho jejich akvaduktů stále stojí..
Stejně tak Arabové, kteří napadli Pyrenejský poloostrov, přinesli s sebou mnoho znalostí Řeků, které uplatnili při stavbě svých budov..
Středověk však prošel bez zjevného pokroku v této disciplíně, dokud se Leonardo da Vinci (1452-1519) nevenoval experimentování a studiu aerodynamiky..
Blaise Pascal (1623-1662) byl francouzský vědec, který se ve své době pustil do mnoha oblastí učení a vrhl nové světlo na podstatu tekutin zavedením principu, který nese jeho jméno, a vytvořením hydraulického lisu kolem roku 1648. O několik let dříve jako první měřil atmosférický tlak Evangelista Torricelli (1608-1647).
Byl to však Isaac Newton (1642-1727), kdo položil základy pro jevy spojené s tekutinami. Nejen stanovením tří zákonů dynamiky, použitelných pro všechny objekty s hmotou.
Newton také studoval viskozitu tekutin: ve skutečnosti existuje dnes Newtonův zákon o viskozitě.
V roce 1738 uplatnil švýcarský matematik a fyzik Daniel Bernoulli (1700-1782) zachování energie na ideální tekutinu a formuloval rovnici, která nese jeho jméno a popisuje chování tekutin v pohybu. Claude Navier (1785-1836) a George Stokes (1819-1903) současně vyvinuli základní rovnice viskózní dynamiky tekutin.
Na konci 19. století Osborne Reynolds (1842-1912) studoval turbulenci a stanovil kritérium pro rozlišení laminárních a turbulentních toků..
Rovněž vyvstává rozměrová analýza aplikovaná na tekutiny, s Ludwigem Prandtlem (1875-1953) a Prandtlovým číslem. Výpočet vedl k mnohem složitějším simulacím proudění tekutin, převládajícím v přírodě, ale obtížně charakterizovatelným pomocí dostupných analytických modelů.
Mechanika tekutin studuje chování tekutin a je rozdělena do tří hlavních oblastí:
Tyto disciplíny platí jak pro plyny, tak pro kapaliny, i když jejich exkluzivní studium se nazývá Hydraulika. Hydrostatika se týká studia kapalin v klidu a hydrodynamiky, když jsou v pohybu..
Reologie zahrnuje znalosti týkající se deformací a toku hmoty. Ačkoli je to považováno za součást mechaniky spojitého média, úzce souvisí s tekutinami, protože se vyznačují právě jejich schopností proudění.
Dalšími důležitými odvětvími jsou aerodynamika, která analyzuje proudění plynů, jako je vzduch, a také meteorologie, oceánografie a hydrologie..
Při pohledu na kapaliny se zjistí, že jsou tvořeny atomy a molekulami, které nejsou navzájem vázány jako pevné látky. Je možné sledovat pohyb rozšířeného, ale konečného objektu, ale jak sledujete nesčetné částice v plynu nebo kapalině??
Odpověď spočívá v těchto klíčových pojmech: hustota a tlak. Místo práce s jednotlivými hmotami a váhami pracujete s hustotou, což je hmotnost na jednotku objemu. S hustotou je spojena měrná hmotnost, což je hmotnost tekutiny na jednotku objemu.
A místo síly se tekutiny vyznačují Tlak působí na povrchy, což je definováno jako síla na jednotku plochy.
Popisuje tření mezi vrstvami kapaliny, což je charakteristika, která určuje, jaký bude její pohyb.
Archimedův princip je v hydrostatice zásadní. To říká, že těleso zcela nebo částečně ponořené do kapaliny v klidu zažívá svislou tlakovou sílu, která je ekvivalentní hmotnosti objemu uvolněné kapaliny..
Stanovuje, že tlak v nestlačitelné tekutině uvnitř nádoby se přenáší z jednoho bodu do druhého se stejnou intenzitou..
Je to ekvivalentní zachování mechanické energie aplikované na část ideální tekutiny protékající trubkou..
Jedná se o bezrozměrné množství používané k rozlišení mezi laminárními a turbulentními proudy..
Je to bezrozměrná veličina, která charakterizuje přenos tepla konvekcí do toku určité tekutiny.
Na začátku jsme uvedli nepříliš vyčerpávající seznam mnoha aplikací mechaniky tekutin. Níže stručně vyjmenujeme některé z nejdůležitějších:
Jedná se o stroj, který se skládá z trubky se dvěma různými průřezy, naplněné nestlačitelnou tekutinou. Když je síla aplikována na píst v úzké části, je znásobena na výstupu většího pístu v široké části.
Jsou to stroje, které zvyšují tlak při pohybu určitých stlačitelných tekutin, jako jsou plyny. Tímto způsobem je nutí proudit, zatímco získávají energii, kterou lze použít k provádění mechanické práce..
Stroje, které používají kapalinu k otáčení lopatek nebo vrtulí a které také provádějí mechanické práce.
Klimatizační systémy: vytápění a klimatizace, jsou založeny na vlastnostech kapalin pro termální prostředí.
Zatím žádné komentáře