Гидродинамика: что это такое, понятия, формулы.

А гидродинамика — это область физики, в частности классической механики, включающая в себя жидкости динамические идеалы, те, которые движутся. В нем мы в основном изучаем массовый расход, объемный расход жидкостей, уравнение неразрывности и принцип Бернулли.

Читайте также: Аэродинамика — раздел физики, изучающий взаимодействие газов с воздухом.

Резюме по гидродинамике

• Гидродинамика — раздел классической механики, изучающий идеальные жидкости в движении.
• Его основными понятиями являются: массовый расход, объемный расход, уравнение неразрывности и принцип Бернулли.
• По объемному расходу мы знаем, какой объем жидкости проходит через прямой участок за определенный интервал времени.
• По массовому расходу мы знаем количество массы жидкости, проходящей через прямой участок за определенный период времени.
• На основании уравнения неразрывности наблюдаем влияние площади поперечного сечения на скорость течения идеальной жидкости.
• Основываясь на принципе Бернулли, мы наблюдаем зависимость между скоростью и давлением идеальной жидкости.
• Гидродинамика применяется при строительстве самолетов, автомобилей, домов, зданий, шлемов, кранов, сантехники, испарителей, трубок Пито и трубок Вентури.
• В то время как гидродинамика — это область физики, изучающая идеальные жидкости в движении, гидростатика — это область физики, которая исследует статические жидкости.

Что такое гидродинамика?

Гидродинамика это область физики, конкретно классической механики, изучающий идеальные жидкости (жидкости и газы) в движении.. Идеальная жидкость – это та, которая имеет: ламинарное течение, при котором интенсивность, направление и направление ее скорости в фиксированной точке не изменяются с течением времени; несжимаемый поток, в котором его удельная масса постоянна; невязкая текучесть с низким сопротивлением потоку; и безвихревой поток, не вращающийся вокруг оси, пересекающей его центр масс.

Концепции гидродинамики

Основными понятиями, изучаемыми в гидродинамике, являются массовый расход, объемный расход, уравнение неразрывности и принцип Бернулли:

• Объемный расход: — это физическая величина, которую можно определить как объем жидкости, пересекающей прямой участок за определенный промежуток времени. Измеряется в кубических метрах в секунду. [м³/с] .
• Массовый поток: — это физическая величина, которую можно определить как количество массы жидкости, пересекающей прямой участок за определенный промежуток времени. Он измеряется в [кг/с] .
• Уравнение непрерывности: рассматривает взаимосвязь между скоростью и площадью поперечного сечения, при которой скорость потока идеальной жидкости увеличивается по мере уменьшения площади поперечного сечения, через которое она течет. Это уравнение иллюстрируется изображением ниже:

Представление уравнения неразрывности.

• Принцип Бернулли: имеет дело с зависимостью между скоростью и давлением идеальной жидкости, в которой, если скорость жидкости становится больше по мере того, как она течет по напорной линии, то давление жидкости становится ниже и наоборот. Этот принцип иллюстрируется изображением ниже:

Представление принципа Бернулли.

Гидродинамические формулы

→ Формула объемного расхода

\(R_v=A\cdot v\)

• р_в → объемный расход жидкости, измеряемый в [м³/с] .
• А → площадь проходного сечения, измеряемая в квадратных метрах [м²].
• в → средняя скорость участка, измеряемая в метрах в секунду [РС].

→ Формула массового расхода

Когда плотность жидкости одинакова во всех точках, мы можем найти массовый расход:

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

• р_м → массовый расход жидкости, измеряемый в [кг/с] .
• ρ → плотность жидкости, измеряемая в [кг/м³].
• А → площадь проходного сечения, измеряемая в квадратных метрах [м²].
• в → средняя скорость участка, измеряемая в метрах в секунду [РС].

→ Уравнение непрерывности

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

• А₁ → площадь проточного сечения 1, измеряемая в квадратных метрах [м²].
• в₁ → скорость потока в зоне 1, измеряется в метрах в секунду [РС].
• А₂ → площадь проточного участка 2, измеряемая в квадратных метрах [м²].
• в₂ → скорость потока на участке 2, измеряется в метрах в секунду [РС].

→ Уравнение Бернулли

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

• п₁ → давление жидкости в точке 1, измеряемое в Паскалях [Лопата].
• п₂ → давление жидкости в точке 2, измеряемое в Паскалях [Лопата].
• в₁ → скорость жидкости в точке 1, измеряемая в метрах в секунду [РС].
• в₂ → скорость жидкости в точке 2, измеряется в метрах в секунду [РС].
• й₁ → высота жидкости в точке 1, измеряется в метрах [м].
• й₂ → высота жидкости в точке 2, измеряется в метрах [м].
• ρ → плотность жидкости, измеряемая в [кг/м³ ].
• г → ускорение свободного падения, примерно 9,8 м/с² .

Гидродинамика в повседневной жизни

Понятия, изучаемые в гидродинамике, широко используются в стройте самолеты, автомобили, дома, здания, шлемы и многое другое.

Исследование течения позволяет сделать измерение расхода воды в домах и на промышленных очистных сооружениях, в дополнение к оценкам количества промышленных газов и топлива.

Изучение принципа Бернулли имеет Широкое применение в физике и технике., главным образом при создании испарителей и трубок Пито, для измерения скорости воздушного потока; и при создании трубок Вентури для измерения скорости потока жидкости внутри трубы.

На основе изучения уравнения неразрывности можно иметь понимание принципа работы кранов и почему, когда вы засовываете палец в сливное отверстие шланга, скорость воды увеличивается.

Различия между гидродинамикой и гидростатикой

Гидродинамика и гидростатика — области физики, отвечающие за изучение жидкостей:

• Гидродинамика: область физики, изучающая динамические жидкости в движении. В нем мы изучаем понятия объемного расхода, массового расхода, уравнения неразрывности и принципа Бернулли.
• Гидростатический: область физики, изучающая статические жидкости, находящиеся в состоянии покоя. В нем мы изучаем понятия удельной массы, давления, принцип Стевина и его приложения, а также теорему Архимеда.

См. также:Кинематика — раздел физики, изучающий движение тел без учёта происхождения движения.

Решаемые упражнения по гидродинамике.

Вопрос 1

(Enem) Для установки кондиционера рекомендуется размещать его в верхней части стены помещения, так как Большинство жидкостей (жидкостей и газов) при нагревании подвергаются расширению, плотность которых уменьшается и происходит смещение. Восходящий. В свою очередь, при охлаждении они уплотняются и смещаются вниз.

Предложение, представленное в тексте, минимизирует энергопотребление, поскольку

А) снижает влажность воздуха внутри помещения.

Б) увеличивает скорость теплопроводности из помещения.

В) облегчает слив воды из помещения.

Г) облегчает циркуляцию потоков холодного и горячего воздуха внутри помещения.

Д) снижает скорость теплоотдачи от устройства в помещение.

Разрешение:

Альтернатива Д

Предложение, представленное в тексте, снижает потребление электроэнергии, поскольку холодный воздух поднимается вверх, а горячий опускается, облегчая циркуляцию потоков холодного и горячего воздуха внутри помещения.

вопрос 2

(Unichristus) Цистерна емкостью 8000 литров полностью заполнена водой. Вся вода из этой цистерны будет перекачиваться в резервуар для воды емкостью 8000 литров с постоянным расходом 200 литров в минуту.

Общее время, необходимое для удаления всей воды из цистерны в автоцистерну, составит

А) 50 минут.

Б) 40 минут.

В) 30 минут.

Д) 20 минут.

Д) 10 минут.

Разрешение:

Альтернатива Б

Общее необходимое время рассчитаем по формуле объемного расхода:

\(R_v=A\cdot v\)

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

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

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

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

\(t=40\ мин\)

Источники

НУССЕЦВЕЙГ, Герх Мойзес. Базовый курс физики: Жидкости, колебания и волны, тепло (т. 2). 5 изд. Сан-Паулу: Редакция Блюхер, 2015.

ХАЛЛИДЕЙ, Дэвид; РЕСНИК, Роберт; УОКЕР, Джерл. Основы физики: Гравитация, волны и термодинамика (т. 2) 8. ред. Рио-де-Жанейро, RJ: LTC, 2009.