Historia Fluid Mechanics, vilka studier, grundläggande faktorer

De flytande mekanik Det är grenen av mekanik som är dedikerade till att studera vätskans egenskaper och beteende, vare sig vätskor eller gaser. Det är baserat på principerna för Newtons Newtonian Mechanics: Newtons lagar, energibesparing och fart.

Inom både teknik- och biovetenskap har vätskor en huvudroll. Luften och vattnet som omger oss och som stöder livet är flytande, liksom blod och andra vätskor i människokroppen och hos djur.

Fluidmekanik studerar beteendet hos gaser och vätskor som vatten. Källa: Pixabay.

Luftströmmar och akvatiska strömmar är faktorer som bestämmer klimatet och egenskaperna hos ekosystem som husar levande varelser. Växter, som är stöd för livet, drar nytta av vätskans kvaliteter för att anpassa och blomstra i olika miljöer.

Å andra sidan är det viktigt att känna till vätskans beteende. De strukturer som formar civilisationen. Därifrån uppstår utformningen av rör, bevattningssystem, civila konstruktioner, kylning, uppvärmning, bilar, båtar, flygplan, sportartiklar och mycket mer.

Vätskans mekanik fortsätter att agera som fortfarande rör sig bort från landmiljön. Solen, mitten av solsystemet, är faktiskt en kolossal massa av gasvätska, vars existens beror på balansen mellan tyngdkraften och hydrostatisk tryck.

De stjärniga och planetära magnetfälten är en följd av rörelsen av elektriska belastningar och modelleras genom vätskedynamik. Så vitt vi vet är dessa principer också giltiga för alla stjärnor, därför är flytande mekanik en disciplin av universell natur.

[TOC]

Kort historia

Antikvitet

De forntida civilisationerna som blomstrade i Mellanöstern och Östeuropa hade solid kunskap om vätskans beteende. De avslöjades i konstruktionen av bevattningskanaler och fartyg.

Under det tredje århundradet f.Kr.C.) formulerade principerna för flottör och hydrostatisk, så giltig då som nu.

Det kan tjäna dig: vad är träningsentalpin? (Med övningar)Syracuse Archimedes ritning

Det är känt att de forntida romarna blev anmärkningsvärda för hantering och transport av vatten för inhemskt och jordbruksbruk. De byggde badrum och många av deras akvedukter står fortfarande upp.

Medeltid och renässans

Leonardo da Vinci ritning

Även araberna som invaderade den iberiska halvön tog med sig många av kunskaperna om grekerna som tillförde när de byggde sina byggnader.

Men medeltiden gick utan det uppenbara.

Modern tid fram till idag

Blaise Pascal Drawing

Blaise Pascal (1623-1662) var en fransk forskare som vågade sig in i många kunskapsområden i sin tid och kastade ett nytt ljus på vätskans natur genom att etablera omkring 1648 principen som bär hans namn och skapa den hydrauliska pressen. Några år innan evangelisten Torricelli (1608-1647) var den första som mäter atmosfärstryck.

Men det var Isaac Newton (1642-1727) som lägger grunden för fenomenen som är associerade med vätskor. Inte bara när man fastställer de tre dynamiklagarna, som är tillämpliga på alla föremål med massa.

Isaac Newton experimenterar med ljuset

Newton studerade också viskositeten hos vätskor: Det finns faktiskt en Newtons lag för viskositet som förblir i kraft idag.

1738 använde den schweiziska matematikern och den fysiska Daniel Bernoulli (1700-1782) bevarande av energi på en idealisk vätska och formulerade ekvationen som bär hans namn och beskriver de rörliga vätskans beteende. Samtidigt utvecklade Claude Navier (1785-1836) och George Stokes (1819-1903) de grundläggande ekvationerna för viskös vätskedynamik.

Daniel Bernoulli

Efter att ha avslutat 1800-talet studerade Osborne Reynolds (1842-1912) turbulens och etablerade ett kriterium för att skilja laminära och turbulenta flöden.

Den dimensionella analysen som tillämpas på vätskor uppstår också, med Ludwig Prandtl (1875-1953) och PrandTL-numret. Computing främjade mycket mer komplexa vätskeflödesimuleringar, ofta i naturen men svårt att karakterisera med tillgängliga analytiska modeller.

Det kan tjäna dig: stor crunch -teori: historia, principer, data för och emot

Vilka studerar vätskemekanik?

Fluidmekanik studerar flytande beteende och är uppdelat i tre huvudområden:

• Statiska vätskor eller vilande vätskor.
• Fluid Cinematics: Beskriv vätskans rörelse.
• Fluid Dynamics, som studerar ursprunget till nämnda rörelse.

Dessa discipliner gäller gaser och vätskor, även om den exklusiva studien av dessa kallas hydraulik. Hydrostatisk för sin del hänvisar till studien av vilande vätskor och hydrodynamik när de rör sig.

Reologi täcker kunskap relaterade till deformationer och flödet av materia. Även om det betraktas som en del av kontinuerlig mediemekanik, är det nära besläktat med vätskor, eftersom dessa kännetecknas exakt av deras förmåga att flöda.

Andra viktiga grenar är aerodynamik, som analyserar flödet av gaser som luft, samt meteorologi, oceanografi och hydrologi.

Fundamentals of Fluid Mechanics

När du observerar vätskorna konstateras att de bildas av atomer och molekyler, inte lika kopplade till varandra som ett fast ämne. Det är möjligt att följa spåret av rörelsen av ett utökat men ändligt objekt, men hur man övervakar de otaliga partiklarna i en gas eller vätska?

Densitet, specifik vikt och tryck

Svaret finns i dessa nyckelbegrepp: densitet och tryck. Istället för att arbeta med enskilda massor och vikter fungerar det med densitet, vilket är massan per enhetsvolym. Associerad med densitet är den specifika vikten, som är vikten på vätskan per enhetsvolym.

Och istället för kraft kännetecknas vätskor av tryck som utövar på ytorna, som definieras som kraft per enhetsenhet.

Gegga

Beskriver friktionen mellan vätskeskikten, en egenskap som bestämmer hur dess rörelse kommer att vara.

Det kan tjäna dig: Rutherford Atomic Model: History, Experiment, Postulates

Archimedes princip

Archimedes -principen är grundläggande i hydrostatisk. Detta säger att en helt eller delvis nedsänkt kropp i en vilande vätskeupplevelse.

Pascalprincip

Konstaterar att trycket i en inkomprimerbar vätska i en behållare överförs från en punkt till en annan av samma med samma intensitet.

Bernoulli -ekvation

Det motsvarar bevarande av mekanisk energi som appliceras på en idealisk vätskeparti som cirkulerar genom ett rör.

Reynolds nummer

Det är en måttlös mängd som används för att skilja mellan laminära flöden och turbulent.

Prandtl -nummer

Det är en dimensionslös mängd som kännetecknar värmeöverföring genom konvektion till flödet av en viss vätska.

Vätskemekanikapplikationer

Till att börja med gav vi en obetydlig lista över flera applikationer av vätskemekanik. Därefter kommer vi kort att namnge några av de mest relevanta:

Den hydrauliska pressen

En hydraulisk press är en maskin baserad på Pascal -principen. Källa: Wikimedia Commons.

Det är en maskin som består av ett rör med två olika tvärsnitt, full av en inkomprimerbar vätska. När en kraft appliceras på en kolv i det smala avsnittet multipliceras den vid utgången av en större kolv i det breda avsnittet.

Kompressorer

De är maskiner som ökar trycket när de förskjuter vissa komprimerbara vätskor, till exempel gaser. På detta sätt tvingar de dem att flyta, medan de får energi som kan användas för att göra mekaniskt arbete.

Turbiner

Maskiner som använder en vätska för att rotera blad eller propeller, som också gör mekaniskt arbete.

Luftkonditioneringar

De uppvärmda systemen: Uppvärmning och luftkonditionering är baserade på vätskans egenskaper för att termalisera miljöerna.

Referenser

1. Cimbala, c. 2006. Mekanik för vätskor, grundläggande faktorer och applikationer. Mc. Graw Hill.
2. Franzini, J. 1997. Flytande mekanik med tekniska tillämpningar. 9na. Utgåva. McGraw Hill.
3. Mott, r.  2006. Flytande mekanik. 4th. Utgåva. Pearson Education.
4. Potter, m. Flytande mekanik. 3: e. Utgåva. Thomson.
5. Tippens, s. 2011. Fysik: koncept och applikationer. Sjunde upplagan. McGraw Hill.