Historia mechanika płynów, jakie badania, podstawy

mechanika płynów Jest to gałąź mechaniki poświęcona badaniu właściwości i zachowania płynów, czy to cieczy, czy gazów. Opiera się na zasadach Newtona Mechanics: Newton's Laws, Energy Conservation and Momentum.

Zarówno w naukach inżynieryjnych, jak i życia, płyny odgrywają główną rolę. Otaczające nas powietrze i woda i życie wspierające są płynne, a także krew i inne płyny w ludzkim ciele i zwierząt.

Mechanika płynów bada zachowanie gazów i cieczy, takich jak woda. Źródło: Pixabay.

Prądy powietrzne i prądy wodne to czynniki, które określają klimat i cechy ekosystemów. Rośliny, które są wsparciem życia, wykorzystują cechy płynów, aby dostosowywać się i prosperować w różnych środowiskach.

Z drugiej strony znajomość zachowania płynów jest niezbędna w projektowaniu. Struktury kształtujące cywilizację. Stamtąd powstaje projekt rur, systemów nawadniania, konstrukcji cywilnych, chłodzenia, ogrzewania, samochodów, łodzi, samolotów, artykułów sportowych i wielu innych.

Mechanika płynów nadal działają, wciąż odchodząc od środowiska lądowego. Rzeczywiście, słońce, środek układu słonecznego, jest kolosalną masą płynu gazowego, którego istnienie zależy od równowagi między grawitacją a ciśnieniem hydrostatycznym.

Gwiezdne i planetarne pola magnetyczne są konsekwencją ruchu obciążeń elektrycznych i są modelowane przez dynamikę płynów. O ile wiemy, zasady te są również ważne dla wszystkich gwiazd, dlatego mechanika płynów jest dyscypliną o naturze uniwersalnej.

[TOC]

Krótka historia

Antyk

Starożytne cywilizacje, które prosperowały na Bliskim Wschodzie i Europie Wschodniej, miały solidną wiedzę na temat zachowania płynów. Zostały ujawnione w budowie kanałów i naczyń nawadniających.

W trzecim wieku pne, fizyk Archimedes of Syracuse (287-212 do.C.) sformułowano zasady pływaka i hydrostatycznego, tak ważne, jak teraz.

Może ci służyć: jaki jest entalpia treningowa? (Z ćwiczeniami)Rysunek Syracuse Archimedes

Wiadomo, że starożytni Rzymianie stali się godne uwagi dla zarządzania i transportu wód do użytku krajowego i rolnictwa. Budowali łazienki i wiele z ich akweduktów wciąż wstaje.

Średniowiecze i renesans

Leonardo da Vinci rysunek

Również Arabowie, którzy zaatakowali Półwysep Iberyjski, przynieśli ze sobą wiele wiedzy Greków, którzy uruchomili podczas budowania budynków.

Ale średniowiecze minęły bez widocznego.

Współczesny wiek do dziś

Rysunek Blaise Pascal

Blaise Pascal (1623-1662) był francuskim naukowcem, który w swoim czasie zapuścił się na wiele dziedzin wiedzy i rzucił nowe światło na naturę płynów, ustanawiając około 1648 r., Zasada, która nosi jego imię i tworząc hydrauliczną prasę prasową. Kilka lat przed ewangelistą Torricelli (1608-1647) jako pierwsza mierzyła ciśnienie atmosferyczne.

Ale to Izaak Newton (1642-1727) położył fundamenty dotyczące zjawisk związanych z płynami. Nie tylko przy ustanowieniu trzech praw dynamiki, mających zastosowanie do wszystkich obiektów o masie.

Isaac Newton Eksperymentuje ze światłem

Newton badał także lepkość płynów: w rzeczywistości istnieje prawo Newtona dla lepkości, które obowiązują dzisiaj.

W 1738 r. Szwajcarski matematyk i fizyczny Daniel Bernoulli (1700-1782) zastosował ochronę energii do idealnego płynu i sformułował równanie, które nosi jego nazwę i opisuje zachowanie poruszających się płynów. W tym samym czasie Claude Navier (1785-1836) i George Stokes (1819–1903) opracowali fundamentalne równania lepkiej dynamiki płynów.

Daniel Bernoulli

Kończąc dziewiętnasty wiek, Osborne Reynolds (1842–1912) badał turbulencje i ustalił kryterium rozróżniania laminarnych i turbulentnych przepływów.

Powstaje również analiza wymiarowa zastosowana do płynów, z Ludwig Prandtl (1875–1953) i liczbą Prandtla. Obliczanie promowane znacznie bardziej złożone symulacje przepływu płynów, częste w naturze, ale trudne do scharakteryzowania dostępnych modeli analitycznych.

Może ci służyć: Big Crunch Theory: History, Zasady, dane za i przeciw

Jakie badania mechaniki płynów?

Mechanika płynów bada zachowanie płynów i jest podzielony na trzy główne obszary:

• Płyny statyczne lub płyny spoczynkowe.
• Fluidowskie kinematyki: Opisz ruch płynów.
• Dynamika płynów, która bada pochodzenie wspomnianego ruchu.

Dyscypliny te dotyczą gazów i płynów, chociaż ich wyłączne badanie nazywa się hydrauliki. Hydrostatyczne ze swojej części, odnosi się do badań spoczynkowych cieczy i hydrodynamiki, gdy się poruszają.

Reologia obejmuje wiedzę związaną z deformacją i przepływem materii. Chociaż jest to uważane za część ciągłej mechaniki medialnej, jest on ściśle związany z płynami, ponieważ charakteryzują się one precyzyjnie przez ich zdolność do przepływu.

Inne ważne gałęzie to aerodynamika, która analizuje przepływ gazów, takich jak powietrze, a także meteorologia, oceanografia i hydrologia.

Podstawy mechaniki płynów

Podczas obserwowania płynów okazuje się, że powstają one przez atomy i cząsteczki, a nie tak powiązane ze sobą, jak te z stałego. Możliwe jest podążanie za śladem ruchu rozszerzonego, ale skończonego obiektu, ale jak monitorować niezliczone cząstki w gazie lub cieczy?

Gęstość, masa i ciśnienie

Odpowiedź dotyczy tych kluczowych pojęć: gęstość i ciśnienie. Zamiast pracować z poszczególnymi masami i ciężarami, działa z gęstością, czyli masa na objętość jednostki. Z gęstością jest waga specyficzna, która jest wagą płynu na jednostkę objętości.

I zamiast siły, płynki charakteryzują się ciśnienie to wywieranie na powierzchnie, które są zdefiniowane jako siła na jednostkę obszaru.

Breja

Opisuje tarcie między warstwami płynu, cecha, która określa, jak będzie jego ruch.

Może ci służyć: Rutherford Atomic Model: History, Experiments, Postulates

Zasada Archimedesa

Zasada Archimedes ma fundamentalne znaczenie w hydrostatyce. Stwierdza, że ​​całkowicie lub częściowo zanurzone ciało w płynie spoczynkowym.

Zasada Pascal

Ustala, że ​​ciśnienie w nieściśliwym płynie w pojemniku jest przenoszone z jednego punktu do drugiego z tej samej intensywności.

Równanie Bernoulli

Jest to równoważne z ochroną energii mechanicznej stosowanej do idealnej części płynu, która krąży przez rurę.

Numer Reynoldsa

Jest to bezwymiarowa ilość używana do rozróżnienia między przepływami laminarnymi od turbulentnych.

Numer Prandtl

Jest to bezwymiarowa ilość, która charakteryzuje transfer ciepła przez konwekcję do przepływu określonego płynu.

Zastosowania mechaniki płynów

Na początku podaliśmy nieistotną listę wielu zastosowań mechaniki płynów. Następnie krótko nazwiemy jedne z najbardziej odpowiednich:

Prasa hydrauliczna

Prasa hydrauliczna to maszyna oparta na zasadzie Pascal. Źródło: Wikimedia Commons.

Jest to maszyna składająca się z rurki z dwoma różnymi przekrojami, pełną nieściśliwej płynu. Gdy siła jest nakładana do tłoka w wąskiej sekcji, jest ona mnożona przy wyjściu większego tłoka w szerokim odcinku.

Sprężarki

Są to maszyny, które zwiększają ciśnienie w momencie wypierania niektórych ściśliwych płynów, takich jak gazy. W ten sposób zmuszają ich do przepływu, podczas gdy zyskują energię, którą można wykorzystać do wykonywania pracy mechanicznej.

Turbiny

Maszyny, które używają płynu do obracania ostrzy lub śmigieł, które również wykonują prace mechaniczne.

Klimatyzatory

Podgrzewane systemy: ogrzewanie i klimatyzacja oparte są na właściwościach płynów w celu termalizowania środowisk.

Bibliografia

1. Cimbala, c. 2006. Mechanika płynów, podstaw i zastosowań. MC. Graw Hill.
2. Franzini, J. 1997. Mechanika płynów z aplikacjami inżynierskimi. 9na. Wydanie. McGraw Hill.
3. Mott, r.  2006. Mechanika płynów. 4. Wydanie. Edukacja Pearsona.
4. Potter, m. Mechanika płynów. 3. Wydanie. Thomson.
5. Tippens, s. 1. 2011. Fizyka: koncepcje i zastosowania. 7. edycja. McGraw Hill.