Hidrodinamik: nedir, kavramlar, formüller

A hidrodinamik Fizik'in, özellikle de klasik mekaniğin bir alanıdır. sıvılar dinamik idealler, hareket halinde olanlar. Burada esas olarak kütle akış hızını, sıvıların hacimsel akış hızını, süreklilik denklemini ve Bernoulli ilkesini inceliyoruz.

Siz de okuyun: Aerodinamik - Gazların hava ile etkileşimini inceleyen Fizik dalı

Hidrodinamiğin özeti

• Hidrodinamik, hareket halindeki ideal akışkanları inceleyen klasik mekaniğin bir alanıdır.
• Ana kavramları şunlardır: kütle akışı, hacimsel akış, süreklilik denklemi ve Bernoulli ilkesi.
• Hacimsel akış hızına bağlı olarak, bir zaman aralığında düz bir kesitten geçen bir akışkanın hacim miktarını biliyoruz.
• Kütle akış hızına bağlı olarak, bir sıvının belirli bir süre boyunca düz bir kesitten geçen kütlesinin miktarını biliyoruz.
• Süreklilik denklemine dayanarak, kesit alanının ideal bir akışkanın akış hızı üzerindeki etkisini gözlemliyoruz.
• Bernoulli prensibine dayanarak ideal bir akışkanın hızı ve basıncı arasındaki ilişkiyi gözlemliyoruz.
• Hidrodinamik, uçakların, arabaların, evlerin, binaların, kaskların, muslukların, sıhhi tesisatların, buharlaştırıcıların, Pitot tüplerinin ve Venturi tüplerinin yapımında uygulanır.
• Hidrodinamik, hareket halindeki ideal akışkanları inceleyen bir Fizik alanı iken, hidrostatik, statik akışkanları inceleyen bir Fizik alanıdır.

Hidrodinamik nedir?

Hidrodinamik bir alandır Fizik Bölümü, özellikle klasik mekaniğinHareket halindeki ideal akışkanları (sıvılar ve gazlar) inceleyen. İdeal bir akışkan şu özelliklere sahiptir: sabit bir noktadaki hızının yoğunluğunun, yönünün ve yönünün zamanla değişmediği laminer akış; özgül kütlesinin sabit olduğu sıkıştırılamaz akış; düşük akış direnci sunan viskoz olmayan akış; ve dönmeyen akış, kütle merkezini kesen bir eksen etrafında dönmemektedir.

Hidrodinamik kavramları

Hidrodinamikte incelenen ana kavramlar kütle akışı, hacimsel akış, süreklilik denklemi ve Bernoulli ilkesidir:

• Hacimsel akış: bir sıvının belirli bir zaman aralığında düz bir kesitten geçen hacminin miktarı olarak tanımlanabilecek fiziksel bir niceliktir. Saniyede metreküp cinsinden ölçülür [M³/S] .
• Kütle akışı: belirli bir zaman aralığında düz bir kesitten geçen bir sıvının kütlesinin miktarı olarak tanımlanabilecek fiziksel bir niceliktir. Ölçülüyor [kilogram/S] .
• Süreklilik denklemi: ideal bir akışkanın içinden aktığı kesit alanı azaldıkça akış hızının arttığı hız ve kesit alanı arasındaki ilişkiyi ele alır. Bu denklem aşağıdaki resimde örneklenmiştir:

Süreklilik denkleminin gösterimi.

• Bernoulli ilkesi: İdeal bir akışkanın hızı ve basıncı arasındaki ilişkiyle ilgilenir; burada akışkanın hızı şu şekilde olur: Akış hattından akarken daha büyükse, sıvının basıncı düşer ve tersine. Bu prensip aşağıdaki resimde örneklenmiştir:

Bernoulli ilkesinin gösterimi.

Hidrodinamik formüller

→ Hacimsel akış formülü

\(R_v=A\cdot v\)

• R_v → sıvının hacimsel akışı, ölçülen [M³/S] .
• A → akış bölümü alanı, metrekare cinsinden ölçülür [M²].
• v → bölümün ortalama hızı, saniyede metre cinsinden ölçülür [Hanım].

→ Kütle akış formülü

Sıvının yoğunluğu her noktada aynı olduğunda kütle akış hızını bulabiliriz:

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

• R_M → sıvının kütle akış hızı, ölçülen [kilogram/S] .
• ρ → sıvı yoğunluğu, [ cinsinden ölçülürkilogram/M³].
• A → akış bölümü alanı, metrekare cinsinden ölçülür [M²].
• v → bölümün ortalama hızı, saniyede metre cinsinden ölçülür [Hanım].

→ Süreklilik denklemi

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

• A₁ → metrekare cinsinden ölçülen akış bölümü 1 alanı [M²].
• v₁ → alan 1'deki akış hızı, saniyede metre cinsinden ölçülür [Hanım].
• A₂ → metrekare cinsinden ölçülen akış bölümü 2 alanı [M²].
• v₂ → alan 2'deki akış hızı, saniyede metre cinsinden ölçülür [Hanım].

→ Bernoulli denklemi

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

• P₁ → 1 noktasındaki sıvı basıncı, Pascal cinsinden ölçülür [Kürek].
• P₂ → 2 noktasındaki sıvı basıncı, Pascal cinsinden ölçülür [Kürek].
• v₁ → 1 noktasındaki sıvı hızı, saniyede metre cinsinden ölçülür [Hanım].
• v₂ → 2. noktadaki akışkan hızı, saniyede metre cinsinden ölçülür [Hanım].
• sen₁ → 1 noktasındaki sıvı yüksekliği, metre cinsinden ölçülür [M].
• sen₂ → 2. noktadaki sıvı yüksekliği, metre cinsinden ölçülür [M].
• ρ → sıvı yoğunluğu, [ cinsinden ölçülürkilogram/M³ ].
• G → yer çekimi ivmesi, yaklaşık olarak ölçülür 9,8 M/S² .

Günlük yaşamda hidrodinamik

Hidrodinamikte incelenen kavramlar yaygın olarak kullanılmaktadır. uçaklar, arabalar, evler, binalar, kasklar ve daha fazlasını inşa edin.

Akışın incelenmesi aşağıdakileri yapmamızı sağlar: evlerde ve endüstriyel arıtma tesislerinde su akışının ölçülmesiendüstriyel gazların ve yakıtların miktarlarının değerlendirilmesine ek olarak.

Bernoulli ilkesinin incelenmesi Fizik ve mühendislikte geniş kullanım alanı, esas olarak hava akış hızını ölçmek için buharlaştırıcıların ve Pitot tüplerinin oluşturulmasında; ve bir boru içindeki sıvının akış hızını ölçmek için Venturi tüplerinin oluşturulmasında.

Süreklilik denkleminin incelenmesine dayanarak, aşağıdakilere sahip olmak mümkündür: muslukların çalışma prensibini anlamak ve neden parmağınızı hortumun su çıkışına soktuğunuzda suyun hızı artıyor.

Hidrodinamik ve hidrostatik arasındaki farklar

Hidrodinamik ve hidrostatik, akışkanların incelenmesinden sorumlu fizik alanlarıdır:

• Hidrodinamik: Hareket halindeki dinamik akışkanları inceleyen Fizik alanı. İçinde hacimsel akış, kütle akışı, süreklilik denklemi ve Bernoulli ilkesi kavramlarını inceliyoruz.
• Hidrostatik: Dinlenme halindeki statik akışkanları inceleyen fizik alanı. Bu derste özgül kütle, basınç, Stevin ilkesi ve uygulamaları ile Arşimet teoremi kavramlarını inceliyoruz.

Ayrıca bakınız:Kinematik - hareketin kökenini dikkate almadan cisimlerin hareketini inceleyen Fizik alanı

Hidrodinamik ile ilgili çözülmüş alıştırmalar

Soru 1

(Enem) Klima ünitesi kurulumu için oda duvarının üst kısmına yerleştirilmesi tavsiye edilir. Çoğu akışkan (sıvılar ve gazlar) ısıtıldığında genleşmeye uğrar, yoğunlukları azalır ve yer değiştirmeye uğrar. artan. Buna karşılık, soğutulduklarında yoğunlaşırlar ve aşağı doğru yer değiştirirler.

Metinde sunulan öneri enerji tüketimini en aza indiriyor çünkü

A) Oda içindeki havanın nemini azaltır.

B) Odanın dışındaki ısı iletim hızını arttırır.

C) Suyun odadan dışarı akmasını kolaylaştırır.

D) Oda içerisinde soğuk ve sıcak hava akımlarının dolaşımını kolaylaştırır.

E) Cihazdan odaya ısı emisyonu oranını azaltır.

Çözünürlük:

Alternatif D

Metinde sunulan öneri, soğuk havanın yükselmesi ve sıcak havanın alçalması nedeniyle elektrik enerjisi tüketimini azaltarak, soğuk ve sıcak hava akımlarının oda içerisinde dolaşımını kolaylaştırmaktadır.

soru 2

(Unichristus) 8000 litre kapasiteli bir sarnıç tamamen suyla doludur. Bu sarnıçtan gelen suyun tamamı 200 litre/dakika sabit debi ile 8000 litre kapasiteli su tankerine pompalanacaktır.

Sarnıçtaki tüm suyun tanker kamyonuna boşaltılması için gereken toplam süre

A) 50 dakika.

B) 40 dakika.

C) 30 dakika.

D) 20 dakika.

E) 10 dakika.

Çözünürlük:

Alternatif B

Hacimsel akış formülünü kullanarak gereken toplam süreyi hesaplayacağız:

\(R_v=A\cdot v\)

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

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

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

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

\(t=40\ dak\)

Kaynaklar

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Temel fizik dersi: Akışkanlar, Salınımlar ve Dalgalar, Isı (cil. 2). 5 baskı. São Paulo: Editora Blucher, 2015.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fiziğin Temelleri: Yerçekimi, Dalgalar ve Termodinamik (cilt. 2) 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.