mecanica fluidelor Este ramura Mecanicii dedicată studierii proprietăților și comportamentului fluidelor, indiferent dacă acestea sunt lichide sau gaze. Se bazează pe principiile mecanicii newtoniene a solidelor: legile lui Newton, conservarea energiei și a impulsului.
Atât în inginerie, cât și în științele vieții și mediului, fluidele joacă un rol major. Aerul și apa care ne înconjoară și care susțin viața sunt fluide, precum și sânge și alte fluide din corpul uman și de la animale..
Curenții de aer și curenții de apă sunt factori care determină clima și caracteristicile ecosistemelor care găzduiesc ființe vii. Plantele, care sunt suportul vieții, profită de calitățile fluidelor pentru a se adapta și prospera în diferite medii.
Pe de altă parte, cunoașterea comportamentului fluidelor este esențială în proiectarea structurilor care modelează civilizația. De aici vine proiectarea țevilor, sistemelor de irigare, construcțiilor civile, refrigerării, încălzirii, automobilelor, bărcilor, avioanelor, articolelor sportive și multe altele..
Mecanica fluidelor continuă să acționeze chiar și atunci când se îndepărtează de mediul terestru. De fapt, Soarele, centrul sistemului solar, este o masă colosală de fluid gazos, a cărei existență depinde de echilibrul dintre gravitație și presiunea hidrostatică..
Câmpurile magnetice stelare și planetare sunt o consecință a mișcării sarcinilor electrice și sunt modelate prin dinamica fluidelor. Din câte știm, aceste principii sunt valabile și pentru toate stelele, prin urmare mecanica fluidelor este o disciplină universală..
Indice articol
Civilizațiile antice care au înflorit în Orientul Mijlociu și Europa de Est aveau o înțelegere solidă a comportamentului fluidelor. Au fost evidente în construcția de canale de irigație și bărci.
În secolul al III-lea î.Hr., fizicianul Arhimede din Siracuza (287-212 î.Hr.) a formulat principiile flotabilității și hidrostaticelor, la fel de valabile atunci ca acum.
Se știe că vechii romani au devenit notabili pentru gestionarea și transportul apei pentru uz casnic și agricol. Au construit băi și multe dintre apeductele lor încă stau în picioare..
La fel, arabii care au invadat Peninsula Iberică au adus cu ei o mare parte din cunoștințele grecilor pe care le-au pus în practică la construirea clădirilor lor..
Însă Evul Mediu a trecut fără niciun progres aparent în această disciplină, până când Leonardo da Vinci (1452-1519) s-a dedicat experimentării și studiului aerodinamicii..
Blaise Pascal (1623-1662) a fost un om de știință francez care s-a aventurat în multe domenii ale învățării în zilele sale și a aruncat o nouă lumină asupra naturii fluidelor stabilind, în jurul anului 1648, principiul care îi poartă numele și creând presa hidraulică. Cu câțiva ani mai devreme, Evangelista Torricelli (1608-1647) a fost primul care a măsurat presiunea atmosferică.
Dar Isaac Newton (1642-1727) a pus bazele fenomenelor asociate fluidelor. Nu numai prin stabilirea celor trei legi ale dinamicii, aplicabile tuturor obiectelor cu masă.
Newton a studiat, de asemenea, vâscozitatea fluidelor: de fapt, există o lege a lui Newton pentru vâscozitate care este valabilă și astăzi.
În 1738 matematicianul și fizicianul elvețian Daniel Bernoulli (1700-1782), a aplicat conservarea energiei unui fluid ideal și a formulat ecuația care îi poartă numele și descrie comportamentul fluidelor în mișcare. În același timp, Claude Navier (1785-1836) și George Stokes (1819-1903) au dezvoltat ecuațiile fundamentale ale dinamicii fluidelor vâscoase..
La sfârșitul secolului al XIX-lea, Osborne Reynolds (1842-1912) a studiat turbulențele și a stabilit un criteriu pentru a distinge fluxurile laminare și turbulente..
Apare și analiza dimensională aplicată fluidelor, cu Ludwig Prandtl (1875-1953) și numărul Prandtl. Calculul a determinat simulări mult mai complexe ale fluxului de fluide, predominante în natură, dar dificil de caracterizat cu modelele analitice disponibile.
Mecanica fluidelor studiază comportamentul fluidelor și este împărțită în trei domenii majore:
Aceste discipline se aplică atât gazelor, cât și lichidelor, deși studiul exclusiv al acestora se numește hidraulică. Hidrostatica, la rândul său, se referă la studiul lichidelor în repaus și Hidrodinamica, atunci când acestea sunt în mișcare..
Reologia cuprinde cunoștințele legate de deformări și fluxul de materie. Deși este considerat ca parte a mecanicii mediilor continue, este strâns legat de fluide, deoarece acestea se caracterizează tocmai prin capacitatea lor de a curge.
Alte ramuri importante sunt Aerodinamica, care analizează fluxul de gaze precum aerul, precum și Meteorologia, Oceanografia și Hidrologia..
Când ne uităm la fluide, se constată că acestea sunt formate din atomi și molecule, nu la fel de legate între ele ca cele ale unui solid. Este posibil să țineți evidența mișcării unui obiect extins, dar finit, dar cum puteți urmări nenumăratele particule dintr-un gaz sau un lichid??
Răspunsul stă în aceste concepte cheie: densitate și presiune. În loc să lucrați cu mase și greutăți individuale, lucrați cu densitatea, care este masa pe unitate de volum. Asociat cu densitatea este greutatea specifică, care este greutatea fluidului pe unitate de volum.
Și în loc de forță, fluidele se caracterizează prin Presiune exercitată pe suprafețe, care este definită ca forță pe unitate de suprafață.
Descrie fricțiunea dintre straturile fluidului, o caracteristică care determină modul în care va fi mișcarea acestuia.
Principiul lui Arhimede este fundamental în hidrostatică. Aceasta afirmă că un corp total sau parțial scufundat într-un fluid în repaus, experimentează o forță de împingere verticală care este echivalentă cu greutatea volumului de fluid scos..
Acesta stabilește că presiunea dintr-un fluid incompresibil în interiorul unui container este transmisă dintr-un punct în altul cu aceeași intensitate..
Este echivalent cu conservarea energiei mecanice aplicată unei porțiuni din fluidul ideal care curge printr-o conductă..
Este o cantitate adimensională utilizată pentru a face distincția între fluxurile laminare și turbulente..
Este o cantitate adimensională care caracterizează transferul de căldură prin convecție către fluxul unui anumit fluid.
La început am oferit o listă nu foarte exhaustivă a numeroaselor aplicații ale mecanicii fluidelor. Mai jos vom numi pe scurt unele dintre cele mai relevante:
Este o mașină care constă dintr-un tub cu două secțiuni transversale diferite, umplute cu un fluid incompresibil. Când o forță este aplicată unui piston în secțiunea îngustă, aceasta este înmulțită la ieșirea unui piston mai mare în secțiunea largă.
Sunt mașini care cresc presiunea în timp ce deplasează anumite fluide compresibile, cum ar fi gazele. În acest fel îi forțează să curgă, în timp ce câștigă energie care poate fi utilizată pentru a face lucrări mecanice..
Mașini care utilizează un fluid pentru a roti palele sau elicele, care efectuează și lucrări mecanice.
Sistemele de aer condiționat: încălzirea și aerul condiționat, se bazează pe proprietățile fluidelor de a termica mediile.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.