Hydrodynamika

Bernoulli princíp

Čo je hydrodynamika?

Ten Hydrodynamika Je to oblasť mechaniky tekutín, ktorá sa zaoberá štúdiom pohyblivých kvapalín. Jeho meno je odvodené z gréckeho „Hydro“, čo znamená vodná voda, Hydrodynamika sa však neobmedzuje iba na štúdium tekutín, ale aj na plyny.

Je to jedna z najstarších disciplín, ktoré sú známe, a pri jej začiatku sa takmer vždy zameriavala na hydrauliku, čo je štúdium kvapalín a najmä vody, a to tak v pokoji aj v pohybe.

Je známe, že obyvatelia bývalej mezopotámie praktizovali výstavbu zavlažovacích systémov plodín. A starí Egypťania sa tiež naučili ovládať vody Nílu v prospech.

Vo vede tekutín, rímska ríša zdôraznila, pre stupeň sofistikovanosti, ktorú dosiahli ich techniky, vďaka ktorým vybudovali zložité systémy akvaduktov, kúpeľní a zavlažovania. Niektoré z jeho diel dodnes prežívajú.

Hydrodynamika však po dlhej dobe nemala primeranú matematickú nadáciu. V 18. storočí dostal definitívny impulz s dielami švajčiarskeho vedca Daniela Bernoulliho (1700-1782).

Bernoulli aplikoval princíp ochrany energie na pohybujúce sa tekutiny a odvodil výraz, ktorý ich riadi. Hovor je čoskoro vysvetlený podrobnejšie Bernoulli princíp, Základ hydrodynamiky.

Čo študuje hydrodynamika?

Hydrodynamické štúdie pohybujúce sa tekutiny a ich interakcie, porozumenie tekutiny nielen kvapaliny, ale aj plyny.

Hydraulika je špecifická oblasť, ktorá sa zaoberá kvapalinami a ich interakciami s rôznymi silami, zatiaľ čo aerodynamika sa zameriava na interakciu medzi plynným médiom a pevnými objektmi, ktoré sa pohybujú vo vnútri.

Ideálne tekutiny

Pohyb skutočných tekutín môže byť dosť komplikovaný na opis, existujú však počiatočné predpoklady, ktoré zjednodušujú niektoré aspekty a dosiahnú dobré pochopenie rôznych javov.

Môže vám slúžiť: Druhá rovnovážna podmienka: Vysvetlenie, príklady, cvičenia

Hydrodynamická časť štúdie ideálnych tekutín. Týmto spôsobom predpokladá, že tekutina je:

• Nestlačiteľné, čo znamená, že jeho hustota sa nezmení.
• Stacionárne, takže jej rýchlosť je rovnaká v danom bode a čase.
• Nie je viskózny, to znamená, že mu chýba vnútorné trenie.
• IRROTATIONATIONS, NEZAŽASŤ VWIRLS ALEBO VÝSTAVA.

Akonáhle sa vytvorí model dynamiky ideálnej tekutiny, zavedie sa koncept viskozity, čo je vnútorné trenie medzi vrstvami tekutín. Vďaka tomu je prístup k skutočnej tekutine lepší.

Viskozita spôsobuje stratu tlaku v trubici, cez ktorú sa tekutina pohybuje, a fyzikálny model, ktorý opisuje tieto účinky, objavil francúzsky lekár devätnásteho storočia J.L. Poiseuille (1799-1869), ktorý uskutočnil početné štúdie o pohybe dôležitej viskóznej tekutiny: krv.

Princípy hydrodynamiky

Dva základné princípy hydrodynamiky sú:

• Ochrana omše
• Uchovávanie energie

Prvý princíp je vyjadrený prostredníctvom rovnica kontinuity A druhý, cez Bernoulliho rovnica.

Rovnica kontinuity

Máte potrubie, cez ktoré tekutiny cirkuluje bez straty alebo príspevkov. To znamená, že potrubie nemá úniky a že kvapalina sa nepridáva k množstvu, ktoré cirkuluje.

Tekutina cirkuluje rúrkou s rôznymi priečnymi oblasťami. Zdroj: Wikimedia Commons

Kvapalina, ktorá cirkuluje cez úzku časť potrubia vo svetlo modrej farbe, je rovnaká, ktorá potom prechádza širokou časťou, tiež svetlo modrou farbou.

Pretože je cesto zachované, časť cirkulujúca cez prierez₁, Rovná sa tomu, ktorý cirkuluje cez druhý prierez₂:

Pretože cesto je produktom hustoty ρ podľa objemu V:

Môže vám slúžiť: Svetlo: História, príroda, správanie, šírenie

ρ ∙ V₁ = ρ ∙ V₂

Byť v₁ Objem v časti A₁ a v₂ Objem v časti A₂.

Objem je prierezová oblasť podľa dĺžky S (pozri obrázok vyššie):

ρ ∙ (a₁∙ s₁) = ρ ∙ (a₂∙ s₂)

Dĺžka sekcie je zase produktom medzi rýchlosťou tekutiny a časovým intervalom:

S = v ∙ Δt

Okrem toho, pretože hustota tekutín zostáva konštantná (nestlačiteľná tekutina), môže byť zrušená, rovnako ako čas:

Do₁∙ v₁∙ Δt = a₂∙ v₂∙ Δt

Nakoniec sa získa rovnica kontinuity:

Do₁∙ v₁ = A₂∙ v₂

 Produkt prierezu v dôsledku rýchlosti tekutiny sa nazýva tok a zvyčajne sa označuje Q:

Q = A ∙ V

Q jednotky sú kubické/druhé metrov v medzinárodnom systéme jednotiek, takže tok sa interpretuje aj ako objem na jednotku času.

Bernoulli rovnica

Bernoulova rovnica je dôsledkom aplikovania ochrany energie na tekutinu. Máte súčet nasledujúcich podmienok:

• Tlak P
• Kinetická energia na jednotku objemu: ρv²/2 g
• Potenciálna energia na jednotku Objem: ρgh

Je preto konštantná, preto sa jej hodnota udržiava vo všetkých miestach trasy. Potom:

P + ρv²/2g + ρgh = konštanta

Kde v je rýchlosť tekutiny, g zrýchlenie gravitácie a H výška vzhľadom na referenčnú úroveň, ako sa zdá na obrázku vyššie.

Hydrodynamické aplikácie

Torricelliova veta

Torricelliho veta odvodzuje z Bernoulliho princípu a uvádza, že rýchlosť V, s ktorou vychádza tekutina, je rovnaká, je to isté, čo má telo, keď spadá z pôsobenia gravitácie z výšky H:

Sifón

Sifón slúži na prenos kvapaliny a pozostáva z hadice alebo zloženej trubice s nerovnakým tvare, s najkratšou bočnou ponorenou v nádobe, kde je kvapalina, a najdlhšou stranou v cieľovej nádobe.

Môže vám slúžiť: IMANTÁCIA: Čo pozostáva, metóda a príkladyŠtrbina

Hladina pôvodnej nádoby musí byť nad úrovňou výstupu tekutiny v trubici a musí sa zabezpečiť, aby hadica bola úplne plná kvapaliny, bez vzduchových bublín.

Keďže časť tekutiny, ktorá je na najdlhšej strane, je ťažšia, spôsobuje, že tekutina sa správa ako reťazec, ktorý sa posúva na kladku a naleje sa do nádoby na príchod (dolná výška).

Merač pitotu

Skladá sa z malej trubice, ktorá sa zvyčajne používa v lietadlách, na meranie jej rýchlosti vzhľadom na vzduch. Slúži tiež na meranie prietoku vody v potrubí alebo prietoku riečnych prúdov.

Merač pitotu

Príklady hydrodynamiky v každodennom živote

Pohyb tekutín sa vyskytuje veľmi často v každodennom živote, či už v kvapalinách alebo plynoch. Nasledujúce príklady ukazujú, aký dôležitý je pohyb tekutín dokonca pre údržbu života:

Domáce potrubné systémy

V domácnostiach je potrubný systém, ktorý prepravuje biele vody, oddelený od odpadových vôd. Niekedy sa stavajú aj potrubné systémy pre domáci plyn, používané na varenie a kúrenie.

Systém chladenia automobilov

Keď je motor automobilu, generuje sa veľké množstvo tepla. Ak chcete extrahovať, vo väčšine modelov sa motor ochladí s tekutinou, ktorá môže byť voda alebo chladivo s prísadami, aby sa zabránilo korózii a optimalizovalo chladenie.

Kvapalina prechádza cez veľmi tenký potrubný systém: chladič pomocou čerpadla a ochladí pomocou vzduchového prúdu poháňaného ventilátorom. Chladivo, ktoré je nasmerované na motor, extrahuje prebytočné teplo a prepravuje ho do chladiča, v cykloch spiatočných výletov, keď je motor v prevádzke.