Hidrodinamika: kas tai yra, sąvokos, formulės

A hidrodinamika yra fizikos, ypač klasikinės mechanikos, sritis, kurią sudaro skysčius dinamiški idealai, tie, kurie juda. Jame daugiausia tiriame masės srautą, tūrinį skysčių srautą, tęstinumo lygtį ir Bernulio principą.

Taip pat skaitykite: Aerodinamika – fizikos šaka, tirianti dujų sąveiką su oru

Santrauka apie hidrodinamiką

• Hidrodinamika yra klasikinės mechanikos sritis, tirianti idealius judančius skysčius.
• Pagrindinės jo sąvokos yra: masės srautas, tūrinis srautas, tęstinumo lygtis ir Bernulio principas.
• Remiantis tūriniu srautu, mes žinome skysčio tūrio kiekį, kuris per tam tikrą laiką praeina per tiesią atkarpą.
• Remiantis masės srautu, mes žinome skysčio masės kiekį, kuris per tam tikrą laiką praeina tiesiąja atkarpa.
• Remdamiesi tęstinumo lygtimi, stebime skerspjūvio ploto įtaką idealaus skysčio srauto greičiui.
• Remdamiesi Bernulio principu, stebime ryšį tarp idealaus skysčio greičio ir slėgio.
• Hidrodinamika taikoma lėktuvų, automobilių, namų, pastatų, šalmų, čiaupų, vandentiekio, garintuvų, Pito vamzdžių ir Venturi vamzdžių statyboje.
• Nors hidrodinamika yra fizikos sritis, tirianti idealius judančius skysčius, hidrostatika yra fizikos sritis, tirianti statinius skysčius.

Kas yra hidrodinamika?

Hidrodinamika yra sritis fizikos, konkrečiai klasikinės mechanikos, kuri tiria idealius skysčius (skysčius ir dujas) judančius. Idealus skystis yra tas, kuris turi: laminarinį srautą, kuriame jo greičio intensyvumas, kryptis ir kryptis fiksuotame taške laikui bėgant nekinta; nesuspaudžiamas srautas, kuriame jo savitoji masė yra pastovi; neklampus srautas, pasižymintis mažu srauto pasipriešinimu; ir sukimosi srautas, nesisukantis aplink ašį, kuri kerta jo masės centrą.

Hidrodinamikos sampratos

Pagrindinės hidrodinamikos tiriamos sąvokos yra masės srautas, tūrinis srautas, tęstinumo lygtis ir Bernulio principas:

• Tūrinis srautas: yra fizinis dydis, kurį galima apibrėžti kaip skysčio tūrį, kuris per tam tikrą laiką kerta tiesią atkarpą. Jis matuojamas kubiniais metrais per sekundę [m³/s] .
• Masės srautas: yra fizinis dydis, kurį galima apibrėžti kaip skysčio masės kiekį, kuris per tam tikrą laiką kerta tiesią atkarpą. Jis matuojamas [kilogramas/s] .
• Tęstinumo lygtis: nagrinėja greičio ir skerspjūvio ploto ryšį, kai idealaus skysčio srauto greitis didėja mažėjant skerspjūvio plotui, kuriuo jis teka. Šios lygties pavyzdys pateiktas toliau pateiktame paveikslėlyje:

Tęstinumo lygties vaizdavimas.

• Bernulio principas: nagrinėja ryšį tarp idealaus skysčio greičio ir slėgio, kuriame, jei skysčio greitis tampa didesnis, nes teka srauto linija, tada skysčio slėgis tampa mažesnis ir priešingai. Šio principo pavyzdys parodytas toliau pateiktame paveikslėlyje:

Bernulio principo vaizdavimas.

Hidrodinaminės formulės

→ Tūrinio srauto formulė

\(R_v=A\cdot v\)

• R_v → skysčio tūrinis srautas, matuojamas [m³/s] .
• A → srauto sekcijos plotas, matuojamas kvadratiniais metrais [m²].
• v → vidutinis ruožo greitis, matuojamas metrais per sekundę [m/s].

→ Masės srauto formulė

Kai skysčio tankis visuose taškuose yra vienodas, galime rasti masės srauto greitį:

\(R_m=\rho\cdot A\cdot v\)

• R_m → skysčio masės srautas, matuojamas [kilogramas/s] .
• ρ → skysčio tankis, matuojamas [kilogramas/m³].
• A → srauto sekcijos plotas, matuojamas kvadratiniais metrais [m²].
• v → vidutinis ruožo greitis, matuojamas metrais per sekundę [m/s].

→ Tęstinumo lygtis

\(A_1\cdot v_1=A_2\cdot v_2\)

• A₁ → 1 srauto sekcijos plotas, matuojamas kvadratiniais metrais [m²].
• v₁ → srauto greitis 1 srityje, matuojamas metrais per sekundę [m/s].
• A₂ → 2 srauto sekcijos plotas, matuojamas kvadratiniais metrais [m²].
• v₂ → srauto greitis 2 srityje, matuojamas metrais per sekundę [m/s].

→ Bernulio lygtis

\(p_1+\frac{\rho\cdot v_1^2}{2}+\rho\cdot g\cdot y_1=p_2+\frac{\rho\cdot v_2^2}{2}+\rho\cdot g\cdot y_2\)

• P₁ → skysčio slėgis taške 1, matuojamas paskaliais [Kastuvas].
• P₂ → skysčio slėgis 2 taške, matuojamas paskaliais [Kastuvas].
• v₁ → skysčio greitis taške 1, matuojamas metrais per sekundę [m/s].
• v₂ → skysčio greitis taške 2, matuojamas metrais per sekundę [m/s].
• y₁ → skysčio aukštis taške 1, matuojamas metrais [m].
• y₂ → skysčio aukštis taške 2, matuojamas metrais [m].
• ρ → skysčio tankis, matuojamas [kilogramas/m³ ].
• g → gravitacijos pagreitis, matuojamas apytiksliai 9,8 m/s² .

Hidrodinamika kasdieniame gyvenime

Hidrodinamikos tyrinėjimai yra plačiai naudojami statyti lėktuvus, automobilius, namus, pastatus, šalmus ir kt.

Srauto tyrimas leidžia mums padaryti vandens srauto matavimas namuose ir pramoniniuose valymo įrenginiuose, be pramoninių dujų ir kuro kiekių įvertinimų.

Bernulio principo tyrimas turi Plačiai naudojamas fizikoje ir inžinerijoje, daugiausia kuriant garintuvus ir Pito vamzdžius oro srauto greičiui matuoti; ir kuriant Venturi vamzdžius, išmatuoti skysčio srauto greitį vamzdyje.

Remiantis tęstinumo lygties tyrimu, galima turėti maišytuvų veikimo principo supratimas ir kodėl, įkišus pirštą į žarnos vandens išleidimo angą, vandens greitis padidėja.

Hidrodinamikos ir hidrostatikos skirtumai

Hidrodinamika ir hidrostatika yra fizikos sritys, atsakingos už skysčių tyrimą:

• Hidrodinamika: fizikos sritis, tirianti dinaminius skysčius judant. Joje nagrinėjame tūrinio srauto, masės srauto, tęstinumo lygties ir Bernulio principo sąvokas.
• Hidrostatinis: fizikos sritis, tirianti statinius skysčius ramybėje. Joje nagrinėjamos specifinės masės, slėgio, Stevino principo ir jo taikymo bei Archimedo teoremos sąvokos.

Taip pat žiūrėkite:Kinematika – fizikos sritis, tirianti kūnų judėjimą neatsižvelgiant į judėjimo kilmę

Išsprendė hidrodinamikos pratimus

Klausimas 1

(Enem) Norint sumontuoti oro kondicionavimo įrenginį, rekomenduojama jį pastatyti ant viršutinės kambario sienos dalies, nes Dauguma skysčių (skysčių ir dujų) kaitinant plečiasi, sumažėja jų tankis ir pasikeičia. kylantis. Savo ruožtu, kai jie atšaldomi, jie tampa tankesni ir pasislenka žemyn.

Tekste pateiktas pasiūlymas sumažina energijos suvartojimą, nes

A) sumažina oro drėgmę patalpoje.

B) padidina šilumos laidumo iš kambario greitį.

C) palengvina vandens nutekėjimą iš kambario.

D) palengvina šalto ir karšto oro srovių cirkuliaciją patalpos viduje.

E) sumažina šilumos išskyrimo iš prietaiso į patalpą greitį.

Rezoliucija:

Alternatyva D

Tekste pateiktas pasiūlymas sumažina elektros energijos sąnaudas, nes šaltas oras kyla aukštyn ir karštas oras leidžiasi žemyn, palengvinant šalto ir karšto oro srovių cirkuliaciją patalpoje.

2 klausimas

(Unikristas) 8000 litrų talpos cisterna visiškai užpildyta vandeniu. Visas vanduo iš šios cisternos bus pumpuojamas į 8000 litrų talpos vandens cisterną, esant pastoviam 200 litrų/min debitui.

Visas laikas, reikalingas visam vandeniui iš cisternos pašalinti į autocisterną, bus

A) 50 minučių.

B) 40 minučių.

C) 30 minučių.

D) 20 minučių.

E) 10 minučių.

Rezoliucija:

Alternatyva B

Visą reikalingą laiką apskaičiuosime pagal tūrinio srauto formulę:

\(R_v=A\cdot v\)

\(R_v=A\cdot\frac{x}{t}\)

\(R_v=\frac{V}{t}\)

\(200=\frac{8000}{t}\)

\(t=\frac{8000}{200}\)

\(t=40\ min\)

Šaltiniai

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Pagrindinis fizikos kursas: skysčiai, virpesiai ir bangos, šiluma (t. 2). 5 leid. San Paulas: redaktorė Blucher, 2015 m.

HALLIDAY, Deividas; RESNIKAS, Robertas; WALKER, Džearlas. Fizikos pagrindai: Gravitacija, bangos ir termodinamika (t. 2) 8. red. Rio de Žaneiras, RJ: LTC, 2009 m.