Historie Fluid Mechanics, hvilke studier, grunnleggende

De Væskemekanikk Det er grenen av mekanikk dedikert til å studere egenskapene og atferden til væsker, enten væsker eller gasser. Det er basert på prinsippene for Newtons Newtonian Mechanics: Newtons lover, energibesparing og momentum.

I både ingeniør- og biovitenskap har væsker en hovedrolle. Luften og vannet som omgir oss og som støtter livet er flytende, så vel som blod og andre væsker i menneskekroppen og hos dyr.

Væskemekanikk studerer atferden til gasser og væsker som vann. Kilde: Pixabay.

Luftstrømmer og vannlevende strømmer er faktorer som bestemmer klimaet og egenskapene til økosystemer som huser levende vesener. Planter, som er støtte fra livet, drar nytte av egenskapene til væsker for å tilpasse seg og blomstre i forskjellige miljøer.

På den annen side er det viktig å kjenne til oppførselen til væskenes oppførsel. Strukturene som former sivilisasjonen. Derfra oppstår utformingen av rør, vanningsanlegg, sivile konstruksjoner, kjøling, oppvarming, biler, båter, fly, sportsartikler og mye mer.

Mekanikken i væskene fortsetter å opptre fremdeles å bevege seg bort fra landmiljøet. Faktisk er solen, sentrum av solsystemet, en kolossal masse gassvæske, hvis eksistens avhenger av balansen mellom tyngdekraften og hydrostatisk trykk.

De fantastiske og planetariske magnetfeltene er en konsekvens av bevegelsen av elektriske belastninger og er modellert gjennom væskedynamikk. Så vidt vi vet er disse prinsippene også gyldige for alle stjerner, derfor er fluidmekanikk en disiplin av universell karakter.

[TOC]

Kort historie

Antikken

De gamle sivilisasjonene som hadde fremgang i Midt -Østen og Øst -Europa hadde solid kunnskap om atferden til væsker. De ble avslørt i konstruksjonen av vanningskanaler og fartøyer.

I det tredje århundre f.Kr.C.) formulerte prinsippene for float og hydrostatisk, så gyldig da som nå.

Det kan tjene deg: Hva er treningsentalpien? (Med øvelser)Syracuse Archimedes tegning

Det er kjent at de gamle romerne ble kjent for styring og transport av farvann for husholdnings- og landbruksbruk. De bygde bad og mange av akveduktene deres står fremdeles opp.

Middelalder og renessanse

Leonardo da Vinci tegning

Også araberne som invaderte den iberiske halvøya hadde med seg mange av kunnskapene til grekerne som utførte når de bygde bygningene sine.

Men middelalderen gikk uten det synlige.

Moderne alder til i dag

Blaise Pascal -tegning

Blaise Pascal (1623-1662) var en fransk forsker som våget seg inn i mange kunnskapsfelt i sin tid og kastet et nytt lys på væskens natur ved å etablere, rundt 1648, prinsippet som bærer navnet hans og skaper den hydrauliske pressen. Noen år før evangelisten Torricelli (1608-1647) var den første som målte atmosfæretrykk.

Men det var Isaac Newton (1642-1727) som la grunnlaget for fenomenene assosiert med væsker. Ikke bare når du etablerer de tre dynamikklovene, gjeldende for alle objekter med masse.

Isaac Newton eksperimenterer med lyset

Newton studerte også viskositeten til væsker: faktisk er det en Newtons lov for viskositet som forblir i kraft i dag.

I 1738 påførte den sveitsiske matematikeren og fysiske Daniel Bernoulli (1700-1782) bevaring av energi på en ideell væske og formulerte ligningen som bærer navnet hans og beskriver oppførselen til de bevegelige væskene. Samtidig utviklet Claude Navier (1785-1836) og George Stokes (1819-1903) de grunnleggende ligningene av viskøs væskedynamikk.

Daniel Bernoulli

Etterbehandling av det nittende århundre studerte Osborne Reynolds (1842-1912) turbulens, og etablerte et kriterium for å skille laminære og turbulente strømmer.

Den dimensjonale analysen som brukes på væsker oppstår også, med Ludwig Prandtl (1875-1953) og Prandtl-nummeret. Beregning fremmet mye mer komplekse væskestrømningssimuleringer, hyppig i naturen, men vanskelig å karakterisere med tilgjengelige analytiske modeller.

Det kan tjene deg: stor knasteori: historie, prinsipper, data for og mot

Hva studerer fluidmekanikk?

Fluid Mechanics studerer fluidatferd og er delt inn i tre hovedområder:

• Statiske væsker eller hvile væsker.
• Fluid Cinematics: Beskriv bevegelsen av væsker.
• Væskedynamikk, som studerer opprinnelsen til nevnte bevegelse.

Disse fagområdene gjelder gasser og væsker, selv om den eksklusive studien av disse kalles hydraulikk. Hydrostatisk for sin side refererer til studiet av hvilevæsker og hydrodynamikk, når de beveger seg.

Reologi dekker kunnskap relatert til deformasjoner og strømmen av materie. Selv om det regnes som en del av kontinuerlig mediemekanikk, er det nært knyttet til væsker, siden disse er preget nettopp av deres evne til å strømme.

Andre viktige grener er aerodynamikk, som analyserer strømmen av gasser som luft, samt meteorologi, oseanografi og hydrologi.

Fundamentals of Fluid Mechanics

Når de observerer væskene, er det funnet at de er dannet av atomer og molekyler, ikke så knyttet til hverandre som et faststoff. Det er mulig å følge sporet av bevegelsen av et utvidet, men begrenset objekt, men hvordan du kan overvåke utallige partikler i en gass eller væske?

Tetthet, spesifikk vekt og trykk

Svaret er i disse nøkkelbegrepene: tetthet og trykk. I stedet for å jobbe med individuelle masser og vekter, fungerer det med tetthet, som er massen per volum enhet. Assosiert med tetthet er den spesifikke vekten, som er vekten av væsken per volumenhetsvolum.

Og i stedet for kraft, er væsker preget av press som utøver på overflatene, som er definert som kraft per enhet av areal.

Goo

Beskriver friksjonen mellom væskens lag, et kjennetegn som avgjør hvordan bevegelsen vil være.

Det kan tjene deg: Rutherford Atomic Model: History, Eksperimenter, Postulates

Archimedes 'prinsipp

Archimedes -prinsippet er grunnleggende i hydrostatisk. Dette sier at en totalt eller delvis nedsenket kropp i en hvilende væskeopplevelse.

Pascal -prinsippet

Fastslår at trykket i en inkomprimerbar væske i en beholder overføres fra et punkt til et annet av det samme med samme intensitet.

Bernoulli ligning

Det tilsvarer bevaring av mekanisk energi påført en ideell væskedel som sirkulerer gjennom et rør.

Reynolds nummer

Det er en dimensjonsløs mengde som brukes til å skille mellom laminære strømmer og turbulente.

Prandtl -nummer

Det er en dimensjonsløs mengde som kjennetegner varmeoverføring ved konveksjon til strømmen av en viss væske.

Fluid Mechanics Applications

Først ga vi en uviktig liste over flere applikasjoner av fluidmekanikk. Neste vil vi kort navngi noen av de mest relevante:

Den hydrauliske pressen

En hydraulisk presse er en maskin basert på Pascal -prinsippet. Kilde: Wikimedia Commons.

Det er en maskin som består av et rør med to forskjellige tverrseksjoner, fullt av en inkomprimerbar væske. Når en styrke blir brukt på en stempel i den smale delen, multipliseres den ved utgangen av et større stempel i den brede delen.

Kompressorer

De er maskiner som øker trykket når de fortrenger visse komprimerbare væsker, for eksempel gasser. På denne måten tvinger de dem til å strømme, mens de får energi som kan brukes til å utføre mekanisk arbeid.

Turbiner

Maskiner som bruker en væske for å rotere kniver eller propeller, som også gjør mekanisk arbeid.

Klimaanlegg

De oppvarmede systemene: oppvarming og klimaanlegg er basert på egenskapene til væsker for å termalisere miljøene.

Referanser

1. Cimbala, ca. 2006. Mekanikk av væsker, grunnleggende og applikasjoner. MC. Graw Hill.
2. Franzini, J. 1997. Fluidmekanikk med ingeniørapplikasjoner. 9na. Utgave. McGraw Hill.
3. Mott, r.  2006. Væskemekanikk. 4. plass. Utgave. Pearson Education.
4. Potter, m. Væskemekanikk. 3. Utgave. Thomson.
5. Tippens, p. 2011. Fysikk: konsepter og applikasjoner. 7. utgave. McGraw Hill.