Hydrodynamiikka

Bernoulli -periaate

Mikä on hydrodynamiikka?

Se Hydrodynamiikka Nesteen mekaniikan alue käsittelee liikkuvien nesteiden tutkimusta. Hänen nimensä on peräisin kreikkalaisesta "Hydro", mikä tarkoittaa vettä, Mutta hydrodynamiikka ei rajoitu nesteiden tutkimiseen, vaan myös kaasuihin.

Se on yksi tunnetuimmista tieteenaloista, ja sen alussa se keskittyi melkein aina hydrauliikkaan, joka on nesteiden ja erityisesti veden tutkiminen, sekä levossa että liikkeessä.

On tiedossa, että entisen Mesopotamian asukkaat harjoittivat kasvijärjestelmien rakentamista viljelykasveille. Ja myös muinaiset egyptiläiset oppivat hallitsemaan Niilin vesiä heidän eduksi.

Nesteiden tieteessä Rooman valtakunta korosti heidän saavuttamansa hienostuneisuuden astetta, jonka ansiosta he rakensivat monimutkaisia ​​vesijohtojärjestelmiä. Jotkut hänen teoksistaan ​​säilyvät edelleen tänään.

Hydrodynamiikassa ei kuitenkaan pitkään ollut riittävää matemaattista perustaa. Juuri 1700-luvulla hän sai lopullisen impulssin sveitsiläisen tutkijan Daniel Bernoullin (1700-1782) teoksilla (1700-1782).

Bernoulli sovelsi energian säilyttämisen periaatetta liikkuville nesteille ja johti niitä hallitsevan ilmaisun. Puhelu selitetään pian yksityiskohtaisemmin Bernoulli -periaate, Hydrodynamiikan perusta.

Mitä hydrodynamiikkatutkimus?

Hydrodynamiikkatutkimukset liikkuvat nesteet ja niiden vuorovaikutukset, nesteen ymmärtäminen paitsi nesteet, myös kaasut.

Hydrauliikka on erityinen alue, joka käsittelee nesteitä ja niiden vuorovaikutusta eri voimien kanssa, kun taas aerodynamiikka keskittyy kaasumaisen väliaineen ja sisälle liikkuvien kiinteiden esineiden väliseen vuorovaikutukseen.

Ihanteelliset nesteet

Todellisten nesteiden liikkuminen voi olla melko monimutkainen kuvaamaan, mutta on olemassa alkuperäisiä oletuksia, jotka yksinkertaistavat joitain näkökohtia, saavuttaen hyvän ymmärryksen erilaisista ilmiöistä.

Se voi palvella sinua: Toinen tasapainotila: Selitys, esimerkit, harjoitukset

Hydrodynaaminen osa ihanteellisten nesteiden tutkimusta. Tällä tavalla se olettaa, että neste on:

• Puristamaton, mikä tarkoittaa, että sen tiheyttä ei muuteta.
• Paikallaan, joten sen nopeus on sama tietyssä vaiheessa ja ajassa.
• Ei viskoosista, toisin sanoen siitä puuttuu sisäinen kitka.
• Irrotational, ei esiinny pyörteitä tai pyörretuulia.

Kun ihanteellisen nesteen dynamiikan malli on muodostettu, viskositeetin käsite otetaan käyttöön, mikä on nestekerrosten välinen sisäinen kitka. Tällä lähestymistapa todelliseen nesteeseen on parempi.

Viskositeetti aiheuttaa paineen menetyksen koko putkessa, jonka läpi neste liikkuu, ja nämä vaikutukset kuvaavan fyysisen mallin löysi yhdeksästoista vuosisadan ranskalainen lääkäri, j.Lens. Poiseuille (1799-1869), joka teki lukuisia tutkimuksia tärkeän viskoosin nesteen liikkeestä: Veri.

Hydrodynamiikan periaatteet

Kaksi hydrodynamiikan perusperiaatetta ovat:

• Massan säilyttäminen
• Energiansäästö

Ensimmäinen periaate ilmaistaan jatkuvuusyhtälö Ja toinen, läpi Bernoullin yhtälö.

Jatkuvuusyhtälö

Sinulla on putki, jonka läpi neste kiertää menettämättä tai panoksia. Tämä tarkoittaa, että putkessa ei ole vuotoja ja että nestettä ei lisätä kiertävään määrään.

Neste kiertää putken läpi, jolla on erilaiset poikittaiset alueet. Lähde: Wikimedia Commons

Nesteen osa, joka kiertää putken kapean osan, vaaleansinisellä, on sama, joka sitten kulkee leveän osan läpi, myös vaaleansinisellä.

Koska taikina säilyy, osa kiertää poikkileikkauksen läpi₁, Se on yhtä suuri kuin se, joka kiertää poikkileikkauksen toisen osan₂-

Koska taikina on tiheyden ρ tuote tilalla V:

Se voi palvella sinua: valo: historia, luonto, käyttäytyminen, eteneminen

ρ ∙ V₁ = ρ ∙ v₂

Olla V₁ Osiossa a₁ ja v₂ Osiossa a₂.

Tilavuus on ristileikkauspinta -ala S: n pituuden mukaan (katso kuva yllä):

ρ ∙ (a₁∙ S₁) = ρ ∙ (a₂∙ S₂-A

Osan pituus puolestaan ​​on tuote nesteen nopeuden ja aikavälin välillä:

S = v ∙ Δt

Lisäksi, koska nestetiheys pysyy vakiona (puristamaton neste), se voidaan peruuttaa, aivan kuten aika:

-Lla₁∙ V₁∙ Δt = a₂∙ V₂∙ Δt

Jatkuvuusyhtälö saadaan lopulta:

-Lla₁∙ V₁ = A₂∙ V₂

 Nesteen nopeudesta johtuvan poikkileikkauksen tuotetta kutsutaan virtaukseksi ja sitä tarkoitetaan yleensä q:

Q = a ∙ v

Q -yksiköt ovat kuutiometriä/toinen metri kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä, joten virtaus tulkitaan myös tilavuusyksikköä kohti.

Bernoulli -yhtälö

Bernoullin yhtälö on seurausta energiansäästön soveltamisesta nesteeseen. Sinulla on seuraavien ehtojen summa:

• Paine P
• Kineettinen energia yksikköä kohti: ρv²/2 g
• Potentiaalinen energia yksikköä kohti: ρgh

Siksi se on vakio, sen arvo ylläpidetään kaikissa reitin kohdissa. Sitten:

P + ρV²/2G + ρgh = vakio

Jos v on nesteen nopeus, g painovoiman kiihtyvyys ja h korkeus suhteessa vertailutasoon, kuten se näkyy yllä olevassa kuvassa.

Hydrodynaamiset sovellukset

Torricelli -lause

Torricellin lause on peräisin Bernouli -periaatteesta ja toteaa, että nopeus v, jolla neste tulee pienellä reiällä, on sama, jolla on runko, kun se putoaa painovoiman vaikutuksesta H -korkeudesta:

Sifoni

Siphon palvelee nesteiden siirtämistä ja koostuu letkusta tai taitetusta putkesta, jossa on epätasa -arvoinen, ja lyhin puoli on upotettu säiliöön, missä neste on, ja pisin puoli kohdekontissa.

Se voi palvella sinua: IMANTANTION: Mikä koostuu, menetelmä ja esimerkitLappo

Alkuperäastian tason on oltava putken nesteen poistumisen tason yläpuolella, ja sen on varmistettava, että letku on täysin täynnä nestettä, ilman ilmakuplia.

Koska pisin puolella oleva nesteen osa on raskaampi, se saa nesteen käyttäytymään kuin ketju, joka liukuu hihnapyörään, kaataen saapumisastiaan (alempi korkeus).

Pitot -mittari

Se koostuu pienestä putkesta, jota yleensä käytetään lentokoneissa, sen nopeuden mittaamiseksi ilmassa. Sen tarkoituksena on myös mitata veden virtausnopeutta putkessa tai jokivirtojen virtaus.

Pitot -mittari

Esimerkkejä hydrodynamiikasta jokapäiväisessä elämässä

Nesteiden liikkuminen tapahtuu hyvin usein jokapäiväisessä elämässä, joko nesteissä tai kaasuissa. Seuraavat esimerkit osoittavat, kuinka tärkeä nesteiden liikkuminen on jopa elämän ylläpitämiselle:

Kotimaan putkijärjestelmät

Kodeissa on putkijärjestelmä, joka kuljettaa valkoisia vesiä, erotettu jätevedestä. Joskus rakennetaan myös kotimaan kaasun putkijärjestelmiä, joita käytetään keittämiseen ja lämmitykseen.

Auton jäähdytysjärjestelmä

Kun auton moottori on käynnissä, syntyy suuri määrä lämpöä. Useimmissa malleissa moottori jäähtyy nesteellä, joka voi olla vettä tai kylmäaine lisäaineilla korroosion välttämiseksi ja jäähdytyksen optimoimiseksi.

Neste johdetaan erittäin ohuen kanavajärjestelmän läpi: jäähdytin pumpun avulla ja jäähtyy tuulettimen ohjaaman ilmavirran avulla. Kylmäaine, joka on suunnattu moottoria kohti, erottaa ylimääräisen lämmön ja kuljettaa sen jäähdyttimeen, edestakaisyklien aikana moottorin ollessa toiminnassa.