Hydrodynamics

Prinsip Bernoulli

Apa itu hidrodinamik?

The Hydrodynamics Ia adalah kawasan mekanik bendalir yang menangani kajian cecair bergerak. Namanya berasal dari "hidro" Yunani, yang bermaksud air, Tetapi hidrodinamik tidak terhad untuk mengkaji cecair, tetapi juga kepada gas.

Ia adalah salah satu disiplin tertua yang diketahui, dan pada permulaannya hampir selalu memberi tumpuan kepada hidraulik, yang merupakan kajian cecair dan khususnya air, baik di tempat rehat dan gerakan.

Adalah diketahui bahawa penduduk bekas Mesopotamia mengamalkan pembinaan sistem pengairan untuk tanaman. Dan juga, orang Mesir kuno belajar untuk mengawal perairan Sungai Nil untuk faedah mereka.

Dalam sains cecair, Empayar Roman ditonjol. Beberapa karyanya masih bertahan hari ini.

Walau bagaimanapun, untuk masa yang lama hidrodinamik tidak mempunyai asas matematik yang mencukupi. Pada abad ke-18 bahawa dia menerima dorongan muktamad dengan karya saintis Switzerland Daniel Bernoulli (1700-1782).

Bernoulli menerapkan prinsip pemuliharaan tenaga kepada cecair bergerak dan memperoleh ungkapan yang mengawal mereka. Panggilan itu segera dijelaskan dengan lebih terperinci Prinsip Bernoulli, Yayasan Hydrodynamics.

Apa yang dikaji oleh hidrodinamik?

Kajian hidrodinamik bergerak cecair dan interaksi mereka, pemahaman oleh cecair bukan sahaja cecair, tetapi juga gas.

Hidraulik adalah kawasan tertentu yang berkaitan dengan cecair dan interaksi mereka dengan daya yang berbeza, sementara aerodinamik memberi tumpuan kepada interaksi antara medium gas dan objek pepejal yang bergerak ke dalam.

Cecair ideal

Pergerakan cecair sebenar boleh menjadi rumit untuk menggambarkan, bagaimanapun, terdapat andaian awal yang memudahkan beberapa aspek, mencapai pemahaman yang baik tentang pelbagai fenomena.

Ia boleh melayani anda: Keadaan Keseimbangan Kedua: Penjelasan, Contoh, Latihan

Hidrodinamik sebahagian daripada kajian cecair ideal. Dengan cara ini, ia menganggap bahawa cecair adalah:

• Tidak dapat dikompresikan, yang bermaksud bahawa ketumpatannya tidak diubah.
• Pegun, jadi kelajuannya sama pada titik dan masa tertentu.
• Tidak likat, iaitu, ia tidak mempunyai geseran dalaman.
• Irrotational, tidak hadir berpusing atau angin badai.

Sebaik sahaja model untuk dinamik cecair ideal ditubuhkan, konsep kelikatan diperkenalkan, yang merupakan geseran dalaman antara lapisan bendalir. Dengan ini, pendekatan cecair sebenar lebih baik.

Kelikatan menyebabkan kehilangan tekanan di seluruh tiub di mana cecair bergerak, dan model fizikal yang menggambarkan kesan -kesan ini ditemui oleh doktor Perancis yang kesembilan belas, J, J.L. Poiseuille (1799-1869), yang menjalankan banyak kajian mengenai pergerakan cecair likat yang penting: Darah.

Prinsip hidrodinamik

Dua prinsip asas hidrodinamik adalah:

• Pemuliharaan jisim
• Pemuliharaan tenaga

Prinsip pertama dinyatakan melalui persamaan kesinambungan Dan yang kedua, melalui Persamaan Bernoulli.

Persamaan kesinambungan

Anda mempunyai paip di mana bendalir beredar tanpa kehilangan atau sumbangan. Ini bermaksud bahawa paip tidak mempunyai kebocoran dan cecair itu tidak ditambah kepada jumlah yang beredar.

Cecair beredar melalui paip dengan bahagian kawasan melintang yang berbeza. Sumber: Wikimedia Commons

Bahagian cecair yang beredar melalui bahagian sempit paip, dalam cahaya biru, adalah sama yang kemudian melewati bahagian yang luas, juga dalam cahaya biru.

Sejak doh dipelihara, bahagian yang beredar melalui bahagian seksyen silang ke₁, Ia sama dengan yang beredar melalui bahagian lain bahagian silang ke₂:

Oleh kerana doh adalah produk ketumpatan ρ oleh volume v:

Ia dapat melayani anda: cahaya: sejarah, sifat, tingkah laku, penyebaran

ρ ∙ v₁ = ρ ∙ v₂

Menjadi v₁ Kelantangan dalam bahagian a₁ dan v₂ Kelantangan dalam bahagian a₂.

Jumlahnya adalah kawasan keratan rentas dengan panjang s (lihat angka di atas):

ρ ∙ (a₁∙ s₁) = ρ ∙ (a₂∙ s₂)

Sebaliknya, panjang seksyen adalah produk antara kelajuan bendalir dan selang waktu:

S = v ∙ Δt

Di samping itu, kerana ketumpatan bendalir tetap tetap (cecair tidak dapat dikompresikan), ia boleh dibatalkan, seperti masa:

Ke₁∙ v₁∙ Δt = a₂∙ v₂∙ Δt

Persamaan kesinambungan akhirnya diperoleh:

Ke₁∙ v₁ = A₂∙ v₂

 Produk bahagian silang kerana kelajuan bendalir dipanggil aliran dan biasanya dilambangkan dengan Q:

Q = A ∙ V

Unit Q adalah meter padu/kedua dalam sistem unit antarabangsa, jadi aliran juga ditafsirkan sebagai jumlah per unit masa.

Persamaan Bernoulli

Persamaan Bernoull adalah akibat menggunakan pemuliharaan tenaga kepada cecair. Anda mempunyai jumlah syarat berikut:

• Tekanan p
• Tenaga kinetik per unit volum: ρv²/2 g
• Potensi tenaga per unit volum: ρgh

Oleh itu, adalah tetap, nilainya dikekalkan di semua titik laluan. Kemudian:

P + ρv²/2g + ρgh = tetap

Di mana v adalah kelajuan bendalir, g pecutan graviti dan h ketinggian berkenaan dengan tahap rujukan, seperti yang terdapat dalam angka di atas.

Aplikasi hidrodinamik

Toricelli Teorem

Teorem Torricelli berasal dari Prinsip Bernoulli dan menyatakan bahawa kelajuan V yang mana cecair keluar oleh lubang kecil, adalah sama yang mempunyai badan ketika jatuh oleh tindakan graviti dari ketinggian H:

Siphon

Siphon berfungsi untuk memindahkan cecair, dan terdiri daripada tiub hos atau dilipat dengan berbentuk yang tidak sama rata, dengan bahagian terpendek yang tenggelam di dalam bekas di mana cecair itu, dan bahagian terpanjang di bekas destinasi.

Ia boleh melayani anda: Imantation: Apa yang terdiri, kaedah dan contohSiphon

Tahap bekas asal mestilah melebihi tahap keluar dari cecair di dalam tiub, dan mesti memastikan bahawa hos itu penuh dengan cecair, tanpa gelembung udara.

Sebagai bahagian cecair yang berada di sisi terpanjang adalah lebih berat, ia menjadikan cecair berkelakuan seperti rantai yang meluncur pada takal, menuangkan ke dalam bekas ketibaan (ketinggian yang lebih rendah).

Meter Pitot

Ia terdiri daripada tiub kecil yang biasanya digunakan dalam kapal terbang, untuk mengukur kelajuannya berkenaan dengan udara. Ia juga berfungsi untuk mengukur kadar aliran air dalam paip atau arus sungai.

Meter Pitot

Contoh hidrodinamik dalam kehidupan seharian

Pergerakan cecair berlaku dengan kerap dalam kehidupan seharian, sama ada dalam cecair atau gas. Contoh -contoh berikut menunjukkan betapa pentingnya pergerakan cecair adalah untuk penyelenggaraan kehidupan:

Sistem paip domestik

Di rumah terdapat sistem paip yang mengangkut perairan putih, dipisahkan dari kumbahan. Kadang -kadang sistem paip untuk gas domestik juga dibina, digunakan untuk memasak dan pemanasan.

Sistem penyejukan kereta

Apabila enjin kereta berjalan, sejumlah besar haba dihasilkan. Untuk mengekstraknya, dalam kebanyakan model, enjin sejuk dengan cecair, yang boleh menjadi air atau penyejuk dengan bahan tambahan untuk mengelakkan kakisan dan mengoptimumkan penyejukan.

Cecair dilalui melalui sistem saluran yang sangat nipis: radiator, dengan menggunakan pam dan menyejukkan dengan bantuan arus udara yang didorong oleh kipas. Penyejuk, yang diarahkan ke arah enjin, mengekstrak haba yang berlebihan dan mengangkutnya ke radiator, dalam kitaran perjalanan semasa enjin sedang beroperasi.