あ 流体力学 物理学、特に古典力学の一分野であり、 液体 ダイナミックな理想、動いている理想。 その中で、私たちは主に質量流量、流体の体積流量、連続方程式、ベルヌーイの定理を研究します。
こちらもお読みください: 空気力学 — 気体と空気の相互作用を研究する物理学の分野
流体力学に関するまとめ
- 流体力学は、運動する理想的な流体を研究する古典力学の分野です。
- その主な概念は、質量流量、体積流量、連続方程式、およびベルヌーイの原理です。
- 体積流量に基づいて、ある時間間隔中に直線セクションを通過する流体の体積がわかります。
- 質量流量に基づいて、一定期間内に直線セクションを通過する流体の質量がわかります。
- 連続方程式に基づいて、理想流体の流速に対する断面積の影響を観察します。
- ベルヌーイの定理に基づいて、理想流体の速度と圧力の関係を観察します。
- 流体力学は、飛行機、自動車、家、建物、ヘルメット、蛇口、配管、気化器、ピトー管、ベンチュリ管の構造に応用されています。
- 流体力学は運動する理想的な流体を研究する物理学の分野ですが、流体静力学は静的な流体を研究する物理学の分野です。
流体力学とは何ですか?
流体力学 エリアです 物理学の、 具体的には 古典力学の、運動中の理想的な流体 (液体と気体) を研究します。. 理想的な流体とは、次の条件を備えた流体です。層流では、固定点での速度の強さ、方向、方向が時間の経過とともに変化しません。 比質量が一定である非圧縮性の流れ。 非粘性の流れで、低い流れ抵抗を示します。 非回転流れ、つまり質量中心を横切る軸の周りを回転しない流れです。
流体力学の概念
流体力学で研究される主な概念は、質量流量、体積流量、連続方程式、ベルヌーイの定理です。
- 体積流量: は、一定時間内に直線セクションを横切る流体の体積として定義できる物理量です。 立方メートル/秒で測定されます [m3/s] .
- 質量流量: は、一定時間内に直線セクションを横切る流体の質量として定義できる物理量です。 で測定されます [kg/s] .
- 連続方程式: は、速度と断面積の関係を扱います。理想流体の流速は、流体が流れる断面積が減少するにつれて増加します。 この方程式は、以下の図で例示されています。
- ベルヌーイの定理: 理想流体の速度と圧力の関係を扱います。流体の速度が 流路を流れるほど流体の圧力は低くなり、 逆に。 この原理は、以下の図で例示されています。
流体力学の公式
→ 体積流量計算式
\(R_v=A\cdot v\)
- Rv → 流体の体積流量、測定単位 [メートル3/秒] .
- あ → 流路断面積、平方メートルで測定 [メートル2].
- v → セクションの平均速度 (メートル/秒で測定) [MS].
→ 質量流量の計算式
流体の密度がすべての点で同じである場合、質量流量を求めることができます。
\(R_m=\rho\cdot A\cdot v\)
- Rメートル → 流体の質量流量、測定単位 [kg/秒] .
- ρ → 流体密度、[単位で測定]kg/メートル3].
- あ → 流路断面積、平方メートルで測定 [メートル2].
- v → セクションの平均速度 (メートル/秒で測定) [MS].
→ 連続方程式
\(A_1\cdot v_1=A_2\cdot v_2\)
- あ1 → フローセクション 1 の面積、平方メートルで測定 [メートル2].
- v1 → エリア 1 の流速、メートル/秒で測定 [MS].
- あ2 → 流れセクション 2 の面積、平方メートルで測定 [メートル2].
- v2 → エリア 2 の流速、メートル/秒で測定 [MS].
→ ベルヌーイ方程式
\(p_1+\frac{\rho\cdot v_1^2}{2}+\rho\cdot g\cdot y_1=p_2+\frac{\rho\cdot v_2^2}{2}+\rho\cdot g\cdot y_2\)
- P1 → ポイント 1 の流体圧力 (パスカル単位で測定) [シャベル].
- P2 → ポイント 2 の流体圧力 (パスカル単位で測定) [シャベル].
- v1 → ポイント 1 での流体速度、メートル/秒で測定 [MS].
- v2 → ポイント 2 での流体速度、メートル/秒で測定 [MS].
- y1 → ポイント 1 での流体の高さ (メートル単位で測定) [メートル].
- y2 → ポイント 2 での流体の高さ (メートル単位で測定) [メートル].
- ρ → 流体密度、[単位で測定]kg/分3 ].
- g → 重力加速度、およその測定 9,8 メートル/秒2 .
日常生活における流体力学
流体力学で研究された概念は、さまざまな分野で広く使用されています。 飛行機、車、家、建物、ヘルメットなどを組み立てます.
流れを研究することで、 家庭や工業用処理施設の水の流れを測定する、産業用ガスと燃料の量の評価に加えて。
ベルヌーイの定理の研究により、 物理学および工学で広く使用されています、主に気化器やピトー管の作成に使用され、空気の流れの速度を測定します。 ベンチュリ管の作成では、パイプ内の液体の流速を測定します。
連続方程式の研究に基づいて、次のことが可能です。 蛇口の動作原理を理解する ホースの水の出口に指を入れると、なぜ水の速度が速くなるのか。
流体力学と静水圧の違い
流体力学と流体静力学は、流体の研究を担当する物理学の分野です。
- 流体力学: 動きの中の動的流体を研究する物理学の分野。 その中で、体積流量、質量流量、連続方程式、ベルヌーイの原理の概念を学びます。
- 静水圧: 静止した静止流体を研究する物理学の分野。 その中で、比質量、圧力、ステビンの原理とその応用、アルキメデスの定理の概念を学びます。
こちらもご覧ください:運動学 — 動きの起源を考慮せずに物体の動きを研究する物理学の分野
流体力学に関する演習問題を解決しました
質問1
(Enem) エアコンを設置する場合は、部屋の壁の上部に設置することをお勧めします。 ほとんどの流体 (液体と気体) は、加熱されると膨張し、密度が減少し、変位を受けます。 上昇。 次に、冷却されると密度が高まり、下方に変位します。
本文で示されている提案は、エネルギー消費を最小限に抑えるものです。
A) 室内の空気の湿度を下げます。
B) 部屋からの熱伝導率が増加します。
C) 部屋から水が排出されやすくなります。
D) 室内の冷気と熱気の流れの循環を促進します。
E) デバイスから室内への熱放出率を低減します。
解決：
オルタナティブD
本文で紹介されている提案は、冷気は上昇し、熱気は下降するため、室内の冷気と温気の流れの循環が促進され、電力消費が削減されます。
質問2
(ウニクリストゥス) 8000 リットルの容量の貯水槽は完全に水で満たされています。 この貯水槽からの水はすべて、200 リットル/分の一定流量で容量 8000 リットルの給水タンカーにポンプで送られます。
貯水槽からすべての水をタンク車まで除去するのに必要な合計時間は、
A) 50分です。
B) 40分。
C) 30分。
D) 20 分。
E) 10分。
解決：
代替案 B
体積流量の公式を使用して、必要な合計時間を計算します。
\(R_v=A\cdot v\)
\(R_v=A\cdot\frac{x}{t}\)
\(R_v=\frac{V}{t}\)
\(200=\frac{8000}{t}\)
\(t=\frac{8000}{200}\)
\(t=40\ 分\)
情報源
ヌッセンツヴァイク、ヘルヒ・モイセス。 物理基礎コース: 流体、振動と波、熱 (vol. 2). 5版 サンパウロ: Editora Blucher、2015 年。
デビッド・ハリデー。 ロバート・レズニック。 ウォーカー、ヤール。 物理学の基礎: 重力、波動、熱力学 (vol. 2) 8. 編 リオデジャネイロ、RJ: LTC、2009 年。