A hidrodinamika ir fizikas, īpaši klasiskās mehānikas, joma, kas ietver šķidrumi dinamiski ideāli, tie, kas ir kustīgi. Tajā galvenokārt pētām masas plūsmas ātrumu, šķidrumu tilpuma plūsmas ātrumu, nepārtrauktības vienādojumu un Bernulli principu.
Izlasi arī: Aerodinamika - fizikas nozare, kas pēta gāzu mijiedarbību ar gaisu
Kopsavilkums par hidrodinamiku
- Hidrodinamika ir klasiskās mehānikas joma, kas pēta ideālus šķidrumus kustībā.
- Tās galvenie jēdzieni ir: masas plūsma, tilpuma plūsma, nepārtrauktības vienādojums un Bernulli princips.
- Pamatojoties uz tilpuma plūsmas ātrumu, mēs zinām šķidruma tilpuma daudzumu, kas laika intervālā šķērso taisnu posmu.
- Pamatojoties uz masas plūsmas ātrumu, mēs zinām šķidruma masas daudzumu, kas noteiktā laika posmā šķērso taisnu posmu.
- Pamatojoties uz nepārtrauktības vienādojumu, mēs novērojam šķērsgriezuma laukuma ietekmi uz ideāla šķidruma plūsmas ātrumu.
- Pamatojoties uz Bernulli principu, mēs novērojam attiecības starp ideāla šķidruma ātrumu un spiedienu.
- Hidrodinamika tiek izmantota lidmašīnu, automašīnu, māju, ēku, ķiveru, krānu, santehnikas, iztvaicētāju, Pitot cauruļu un Venturi cauruļu būvniecībā.
- Lai gan hidrodinamika ir fizikas joma, kas pēta ideālus šķidrumus kustībā, hidrostatika ir fizikas joma, kas pēta statiskos šķidrumus.
Kas ir hidrodinamika?
Hidrodinamika ir apgabals no fizikas, konkrēti klasiskajā mehānikā, kas pēta ideālus šķidrumus (šķidrumus un gāzes) kustībā. Ideāls šķidrums ir tāds, kam piemīt: lamināra plūsma, kurā tā ātruma intensitāte, virziens un virziens noteiktā punktā laika gaitā nemainās; nesaspiežama plūsma, kurā tās īpatnējā masa ir nemainīga; neviskoza plūsma, ar zemu plūsmas pretestību; un irrotācijas plūsma, kas negriežas ap asi, kas šķērso tās masas centru.
Hidrodinamikas jēdzieni
Galvenie hidrodinamikā pētītie jēdzieni ir masas plūsma, tilpuma plūsma, nepārtrauktības vienādojums un Bernulli princips:
- Tilpuma plūsma: ir fizisks lielums, ko var definēt kā šķidruma tilpuma daudzumu, kas noteiktā laika posmā šķērso taisnu posmu. To mēra kubikmetros sekundē [m3/s] .
- Masas plūsma: ir fizisks lielums, ko var definēt kā šķidruma masas daudzumu, kas noteiktā laika posmā šķērso taisnu posmu. Tas tiek mērīts [Kilograms/s] .
- Nepārtrauktības vienādojums: aplūko attiecības starp ātrumu un šķērsgriezuma laukumu, kurā ideāla šķidruma plūsmas ātrums palielinās, samazinoties šķērsgriezuma laukumam, caur kuru tas plūst. Šī vienādojuma piemērs ir parādīts zemāk esošajā attēlā:
- Bernulli princips: aplūko attiecības starp ideāla šķidruma ātrumu un spiedienu, kurā, ja šķidruma ātrums kļūst lielāks, jo tas plūst pa plūsmas līniju, tad šķidruma spiediens kļūst zemāks un pretēji. Šis princips ir parādīts zemāk esošajā attēlā:
Hidrodinamiskās formulas
→ Tilpuma plūsmas formula
\(R_v=A\cdot v\)
- Rv → šķidruma tilpuma plūsma, mērīta collās [m3/s] .
- A → plūsmas sekcijas laukums, mērīts kvadrātmetros [m2].
- v → posma vidējais ātrums, mērīts metros sekundē [jaunkundze].
→ Masas plūsmas formula
Ja šķidruma blīvums visos punktos ir vienāds, mēs varam atrast masas plūsmas ātrumu:
\(R_m=\rho\cdot A\cdot v\)
- Rm → šķidruma masas plūsmas ātrums, mērīts collās [Kilograms/s] .
- ρ → šķidruma blīvums, mērīts [Kilograms/m3].
- A → plūsmas sekcijas laukums, mērīts kvadrātmetros [m2].
- v → posma vidējais ātrums, mērīts metros sekundē [jaunkundze].
→ Nepārtrauktības vienādojums
\(A_1\cdot v_1=A_2\cdot v_2\)
- A1 → 1. plūsmas sekcijas laukums, mērīts kvadrātmetros [m2].
- v1 → plūsmas ātrums 1. zonā, mērīts metros sekundē [jaunkundze].
- A2 → 2. plūsmas sekcijas laukums, mērīts kvadrātmetros [m2].
- v2 → plūsmas ātrums 2. zonā, mērīts metros sekundē [jaunkundze].
→ Bernulli vienādojums
\(p_1+\frac{\rho\cdot v_1^2}{2}+\rho\cdot g\cdot y_1=p_2+\frac{\rho\cdot v_2^2}{2}+\rho\cdot g\cdot y_2\)
- P1 → šķidruma spiediens 1. punktā, mērīts paskalos [Lāpsta].
- P2 → šķidruma spiediens 2. punktā, mērīts paskalos [Lāpsta].
- v1 → šķidruma ātrums punktā 1, mērīts metros sekundē [jaunkundze].
- v2 → šķidruma ātrums 2. punktā, mērīts metros sekundē [jaunkundze].
- y1 → šķidruma augstums punktā 1, mērīts metros [m].
- y2 → šķidruma augstums 2. punktā, mērot metros [m].
- ρ → šķidruma blīvums, mērīts [Kilograms/m3 ].
- g → gravitācijas paātrinājums, mēra aptuveni 9,8 m/s2 .
Hidrodinamika ikdienas dzīvē
Hidrodinamikā pētītie jēdzieni tiek plaši izmantoti būvēt lidmašīnas, automašīnas, mājas, ēkas, ķiveres un daudz ko citu.
Plūsmas izpēte ļauj mums veikt ūdens plūsmas mērīšana mājās un rūpnieciskās attīrīšanas iekārtās, papildus rūpniecisko gāzu un degvielas daudzuma novērtējumiem.
Bernulli principa izpēte ir Plaši izmantots fizikā un inženierzinātnēs, galvenokārt veidojot iztvaicētājus un Pito caurules, lai izmērītu gaisa plūsmas ātrumu; un Venturi cauruļu izveidē, lai izmērītu šķidruma plūsmas ātrumu caurulē.
Pamatojoties uz nepārtrauktības vienādojuma izpēti, ir iespējams iegūt jaucējkrānu darbības principa izpratne un kāpēc, ieliekot pirkstu šļūtenes ūdens izplūdes atverē, ūdens ātrums palielinās.
Atšķirības starp hidrodinamiku un hidrostatiku
Hidrodinamika un hidrostatika ir fizikas jomas, kas ir atbildīgas par šķidrumu izpēti:
- Hidrodinamika: fizikas joma, kas pēta dinamiskus šķidrumus kustībā. Tajā mēs pētām tilpuma plūsmas, masas plūsmas, nepārtrauktības vienādojuma un Bernulli principa jēdzienus.
- Hidrostatiska: fizikas joma, kas pēta statiskos šķidrumus miera stāvoklī. Tajā mēs pētām īpatnējās masas, spiediena jēdzienus, Stevina principu un tā pielietojumus un Arhimēda teorēmu.
Skatīt arī:Kinemātika - fizikas joma, kas pēta ķermeņu kustību, neņemot vērā kustības izcelsmi
Atrisināja vingrinājumus par hidrodinamiku
jautājums 1
(Enem) Lai uzstādītu gaisa kondicionēšanas iekārtu, ieteicams to novietot uz telpas sienas augšējās daļas, jo Lielākā daļa šķidrumu (šķidrumu un gāzu) karsējot tiek pakļauti izplešanās, to blīvuma samazināšanās un pārvietošanās dēļ. augšupejoša. Savukārt, atdzesējot, tie kļūst blīvāki un tiek pārvietoti uz leju.
Tekstā sniegtais ieteikums samazina enerģijas patēriņu, jo
A) samazina gaisa mitrumu telpā.
B) palielina siltuma vadīšanas ātrumu ārpus telpas.
C) atvieglo ūdens izvadīšanu no telpas.
D) atvieglo aukstā un karstā gaisa plūsmu cirkulāciju telpā.
E) samazina siltuma emisijas ātrumu no ierīces telpā.
Izšķirtspēja:
Alternatīva D
Tekstā sniegtais ieteikums samazina elektroenerģijas patēriņu, aukstam gaisam paceļoties un karstajam gaisam nolaižoties, atvieglojot aukstā un karstā gaisa plūsmu cirkulāciju telpā.
2. jautājums
(Unichristus) Cisterna ar tilpumu 8000 litri ir pilnībā piepildīta ar ūdeni. Viss ūdens no šīs cisternas tiks iesūknēts ūdens tankkuģī ar 8000 litru tilpumu ar nemainīgu plūsmas ātrumu 200 litri/minūtē.
Kopējais laiks, kas nepieciešams, lai izvadītu visu ūdeni no cisternas uz autocisternu, būs
A) 50 minūtes.
B) 40 minūtes.
C) 30 minūtes.
D) 20 minūtes.
E) 10 minūtes.
Izšķirtspēja:
B alternatīva
Kopējo nepieciešamo laiku aprēķināsim, izmantojot tilpuma plūsmas formulu:
\(R_v=A\cdot v\)
\(R_v=A\cdot\frac{x}{t}\)
\(R_v=\frac{V}{t}\)
\(200=\frac{8000}{t}\)
\(t=\frac{8000}{200}\)
\(t=40\ min\)
Avoti
NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Fizikas pamatkurss: Šķidrumi, svārstības un viļņi, siltums (sēj. 2). 5 ed. Sanpaulu: redaktore Blučere, 2015.
HALLIDAY, Dāvids; RESNIKS, Roberts; VOKERS, Džārla. Fizikas pamati: Gravitācija, viļņi un termodinamika (sēj. 2) 8. ed. Riodežaneiro, RJ: LTC, 2009.