De Vloeistofmechanica Het is de tak van mechanica die zich bezighoudt met het bestuderen van de eigenschappen en het gedrag van vloeistoffen, of het nu vloeistoffen of gassen zijn. Het is gebaseerd op de principes van de Newtoniaanse mechanica van vaste stoffen: de wetten van Newton, het behoud van energie en momentum.
Zowel in de techniek als in de levens- en milieuwetenschappen spelen vloeistoffen een grote rol. De lucht en het water die ons omringen en die het leven in stand houden, zijn vloeistoffen, evenals bloed en andere vloeistoffen in het menselijk lichaam en bij dieren..
Luchtstromen en waterstromen zijn factoren die het klimaat en de kenmerken bepalen van de ecosystemen die levende wezens herbergen. Planten, die het leven ondersteunen, profiteren van de eigenschappen van vloeistoffen om zich aan te passen en te gedijen in verschillende omgevingen.
Aan de andere kant is het kennen van het gedrag van vloeistoffen essentieel bij het ontwerpen van de structuren die de beschaving vormgeven. Van daaruit komt het ontwerp van leidingen, irrigatiesystemen, civiele constructies, koeling, verwarming, auto's, boten, vliegtuigen, sportartikelen en nog veel meer..
De mechanica van vloeistoffen blijft werken, zelfs wanneer ze zich van de aardse omgeving verwijderen. In feite is de zon, het centrum van het zonnestelsel, een kolossale massa gasvormig fluïdum, waarvan het bestaan afhangt van de balans tussen zwaartekracht en hydrostatische druk..
De stellaire en planetaire magnetische velden zijn een gevolg van de beweging van elektrische ladingen en worden gemodelleerd door de dynamica van vloeistoffen. Voor zover we weten, gelden deze principes ook voor alle sterren, daarom is vloeistofmechanica een universele discipline..
Artikel index
De oude beschavingen die bloeiden in het Midden-Oosten en Oost-Europa hadden een gedegen begrip van het gedrag van vloeistoffen. Ze waren duidelijk zichtbaar in de aanleg van irrigatiekanalen en boten.
In de 3e eeuw voor Christus formuleerde de natuurkundige Archimedes van Syracuse (287-212 voor Christus) de principes van drijfvermogen en hydrostatica, die toen net zo geldig waren als nu.
Het is bekend dat de oude Romeinen bekend werden door het beheer en transport van water voor huishoudelijk en agrarisch gebruik. Ze bouwden baden en veel van hun aquaducten staan er nog steeds..
Evenzo brachten de Arabieren die het Iberisch schiereiland binnenvielen veel van de kennis van de Grieken met zich mee die ze in de praktijk brachten bij het bouwen van hun gebouwen..
Maar de middeleeuwen gingen voorbij zonder kennelijk enige vooruitgang in deze discipline, totdat Leonardo da Vinci (1452-1519) zich wijdde aan experimenten en de studie van aerodynamica..
Blaise Pascal (1623-1662) was een Franse wetenschapper die zich in zijn tijd op veel terreinen waagde en een nieuw licht wierp op de aard van vloeistoffen door rond 1648 het principe dat zijn naam draagt vast te stellen en de hydraulische pers te maken. Enkele jaren eerder was Evangelista Torricelli (1608-1647) de eerste die de atmosferische druk meet.
Maar het was Isaac Newton (1642-1727) die de basis legde voor de verschijnselen die verband houden met vloeistoffen. Niet alleen door de drie wetten van dynamiek vast te stellen, toepasbaar op alle objecten met massa.
Newton bestudeerde ook de viscositeit van vloeistoffen: in feite is er een wet van Newton voor viscositeit die vandaag de dag nog steeds geldt.
In 1738 paste de Zwitserse wiskundige en natuurkundige Daniel Bernoulli (1700-1782) het behoud van energie toe op een ideale vloeistof en formuleerde de vergelijking die zijn naam draagt en die het gedrag van bewegende vloeistoffen beschrijft. Tegelijkertijd ontwikkelden Claude Navier (1785-1836) en George Stokes (1819-1903) de fundamentele vergelijkingen van viskeuze vloeistofdynamica.
Aan het einde van de 19e eeuw bestudeerde Osborne Reynolds (1842-1912) turbulentie en stelde een criterium vast om laminaire en turbulente stromingen te onderscheiden..
Dimensionale analyse toegepast op vloeistoffen ontstaat ook, met Ludwig Prandtl (1875-1953) en het Prandtl-nummer. Berekening leidde tot veel complexere vloeistofstroomsimulaties, die veel voorkomen in de natuur, maar moeilijk te karakteriseren zijn met de beschikbare analytische modellen.
Fluid Mechanics bestudeert het gedrag van vloeistoffen en is onderverdeeld in drie hoofdgebieden:
Deze disciplines zijn van toepassing op zowel gassen als vloeistoffen, hoewel de exclusieve studie hiervan Hydraulica wordt genoemd. Hydrostatica, van zijn kant, verwijst naar de studie van vloeistoffen in rust en hydrodynamica, wanneer ze in beweging zijn..
Reologie omvat de kennis met betrekking tot vervormingen en de stroom van materie. Hoewel het wordt beschouwd als onderdeel van de mechanica van continue media, is het nauw verwant aan vloeistoffen, omdat deze juist worden gekenmerkt door hun vermogen om te stromen.
Andere belangrijke takken zijn aerodynamica, die de stroom van gassen zoals lucht analyseert, evenals meteorologie, oceanografie en hydrologie..
Als we naar vloeistoffen kijken, blijkt dat ze bestaan uit atomen en moleculen, niet zo aan elkaar gebonden als die van een vaste stof. Het is mogelijk om de beweging van een uitgestrekt maar eindig object bij te houden, maar hoe houd je de talloze deeltjes in een gas of vloeistof bij??
Het antwoord ligt in deze sleutelbegrippen: dichtheid en druk. In plaats van te werken met individuele massa's en gewichten, werk je met dichtheid, wat massa per volume-eenheid is. Geassocieerd met dichtheid is soortelijk gewicht, dat is het gewicht van de vloeistof per volume-eenheid.
En in plaats van kracht worden vloeistoffen gekenmerkt door Druk uitgeoefend op oppervlakken, die wordt gedefinieerd als kracht per oppervlakte-eenheid.
Beschrijft de wrijving tussen de lagen van de vloeistof, een kenmerk dat bepaalt hoe zijn beweging zal zijn.
Het principe van Archimedes is fundamenteel in hydrostatica. Dit stelt dat een lichaam dat geheel of gedeeltelijk is ondergedompeld in een fluïdum in rust, een verticale stuwkracht ervaart die gelijk is aan het gewicht van het volume van het losgemaakte fluïdum..
Het stelt vast dat de druk in een onsamendrukbare vloeistof in een container met dezelfde intensiteit van het ene punt naar het andere wordt overgebracht..
Het staat gelijk aan het behoud van mechanische energie die wordt toegepast op een deel van de ideale vloeistof die door een pijp stroomt..
Het is een dimensieloze grootheid die wordt gebruikt om onderscheid te maken tussen laminaire en turbulente stromingen..
Het is een dimensieloze grootheid die de overdracht van warmte door convectie naar de stroming van een bepaald fluïdum kenmerkt.
In het begin gaven we een niet erg uitputtende lijst van de vele toepassingen van vloeistofmechanica. Hieronder noemen we kort enkele van de meest relevante:
Het is een machine die bestaat uit een buis met twee verschillende doorsneden, gevuld met een onsamendrukbare vloeistof. Wanneer een kracht wordt uitgeoefend op een plunjer in het smalle gedeelte, wordt deze vermenigvuldigd aan de uitgang van een grotere plunjer in het brede gedeelte.
Het zijn machines die de druk verhogen tijdens het verplaatsen van bepaalde samendrukbare vloeistoffen, zoals gassen. Op deze manier dwingen ze ze te stromen, terwijl ze energie winnen die kan worden gebruikt om mechanisch werk te doen..
Machines die een vloeistof gebruiken om bladen of propellers te laten draaien, die ook mechanisch werk verrichten.
Airconditioningsystemen: verwarming en airconditioning, zijn gebaseerd op de eigenschappen van vloeistoffen om omgevingen te thermaliseren.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.