Гідродинаміка: що це таке, поняття, формули

А гідродинаміка це область фізики, зокрема класичної механіки, яка включає рідини динамічні ідеали, ті, що рухаються. У ньому ми в основному вивчаємо масову швидкість потоку, об'ємну швидкість потоку рідин, рівняння нерозривності та принцип Бернуллі.

Читайте також: Аеродинаміка — розділ фізики, що вивчає взаємодію газів з повітрям

Реферат по гідродинаміці

• Гідродинаміка - це розділ класичної механіки, який вивчає ідеальні рідини в русі.
• Його основні поняття: масова витрата, об'ємна витрата, рівняння нерозривності та принцип Бернуллі.
• Виходячи з об’ємної швидкості потоку, ми знаємо об’єм рідини, який проходить через пряму ділянку протягом певного інтервалу часу.
• Виходячи з масової витрати, ми знаємо кількість маси рідини, яка проходить через пряму ділянку протягом певного періоду часу.
• На основі рівняння нерозривності спостерігаємо вплив площі поперечного перерізу на швидкість течії ідеальної рідини.
• Виходячи з принципу Бернуллі, ми спостерігаємо залежність між швидкістю і тиском ідеальної рідини.
• Гідродинаміка застосовується в будівництві літаків, автомобілів, будинків, будівель, шоломів, кранів, сантехніки, випарників, трубок Піто і трубок Вентурі.
• У той час як гідродинаміка - це область фізики, яка вивчає ідеальні рідини в русі, гідростатика - це область фізики, яка досліджує статичні рідини.

Що таке гідродинаміка?

Гідродинаміка є площею фізики, зокрема класичної механіки, що вивчає рух ідеальних рідин (рідин і газів).. Ідеальна рідина - це така, яка має: ламінарний потік, при якому інтенсивність, напрямок і напрямок його швидкості в фіксованій точці не змінюються з часом; нестислива течія, в якій її питома маса постійна; нев'язкий потік, що створює низький опір потоку; і безобертовий потік, що не обертається навколо осі, яка перетинає його центр мас.

Поняття гідродинаміки

Основними поняттями, що вивчаються в гідродинаміці, є масова витрата, об'ємна витрата, рівняння нерозривності та принцип Бернуллі:

• Об'ємна витрата: це фізична величина, яку можна визначити як об’єм рідини, що перетинає пряму ділянку протягом певного проміжку часу. Вимірюється в кубічних метрах за секунду [м³/с] .
• Масова витрата: це фізична величина, яку можна визначити як кількість маси рідини, яка перетинає пряму ділянку протягом певного проміжку часу. Вимірюється в [кг/с] .
• Рівняння неперервності: розглядає взаємозв’язок між швидкістю та площею поперечного перерізу, у якому швидкість потоку ідеальної рідини збільшується, коли площа поперечного перерізу, через який вона тече, зменшується. Прикладом цього рівняння є зображення нижче:

Зображення рівняння неперервності.

• Принцип Бернуллі: розглядає зв'язок між швидкістю і тиском ідеальної рідини, в якому, якщо швидкість рідини стає більший, коли він протікає через лінію потоку, тоді тиск рідини стає нижчим і навпаки. Цей принцип показано на зображенні нижче:

Зображення принципу Бернуллі.

Гідродинамічні формули

→ Формула об'ємної витрати

\(R_v=A\cdot v\)

• Р_v → об'ємна витрата рідини, виміряна в [м³/с] .
• А → площа потоку, виміряна в квадратних метрах [м²].
• v → середня швидкість на ділянці, вимірювана в метрах за секунду [РС].

→ Формула масової витрати

Коли щільність рідини однакова в усіх точках, можна знайти масову витрату:

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

• Р_м → масова витрата рідини, виміряна в [кг/с] .
• ρ → густина рідини, виміряна в [кг/м³].
• А → площа потоку, виміряна в квадратних метрах [м²].
• v → середня швидкість на ділянці, вимірювана в метрах за секунду [РС].

→ Рівняння неперервності

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

• А₁ → площа перетину потоку 1, виміряна в квадратних метрах [м²].
• v₁ → швидкість потоку в зоні 1, виміряна в метрах за секунду [РС].
• А₂ → площа перерізу потоку 2, виміряна в квадратних метрах [м²].
• v₂ → швидкість потоку в зоні 2, виміряна в метрах за секунду [РС].

→ Рівняння Бернуллі

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

• П₁ → тиск рідини в точці 1, виміряний у паскалях [Лопата].
• П₂ → тиск рідини в точці 2, виміряний у паскалях [Лопата].
• v₁ → швидкість рідини в точці 1, виміряна в метрах за секунду [РС].
• v₂ → швидкість рідини в точці 2, виміряна в метрах за секунду [РС].
• р₁ → висота рідини в точці 1, виміряна в метрах [м].
• р₂ → висота рідини в точці 2, виміряна в метрах [м].
• ρ → густина рідини, виміряна в [кг/м³ ].
• g → прискорення сили тяжіння, вимірює приблизно 9,8 м/с² .

Гідродинаміка в побуті

Поняття, що вивчаються в гідродинаміці, широко використовуються в будуйте літаки, автомобілі, будинки, будівлі, шоломи тощо.

Вивчення потоку дозволяє зробити вимірювання витрати води в будинках і промислових очисних спорудах, на додаток до оцінки кількості промислових газів і палива.

Дослідження принципу Бернуллі має Широке застосування у фізиці та техніці, в основному при створенні випарників і трубок Піто, для вимірювання швидкості повітряного потоку; а також у створенні труб Вентурі для вимірювання швидкості потоку рідини всередині труби.

Виходячи з вивчення рівняння неперервності, можна мати розуміння принципу роботи змішувачів і чому, коли ви вставляєте палець у вихідний отвір шланга, швидкість води збільшується.

Відмінності гідродинаміки від гідростатики

Гідродинаміка та гідростатика - це розділи фізики, які відповідають за вивчення рідин:

• Гідродинаміка: розділ фізики, який вивчає динамічні рухи рідин. У ньому ми вивчаємо поняття об'ємної витрати, масової витрати, рівняння нерозривності та принципу Бернуллі.
• Гідростатичний: розділ фізики, який вивчає статичні рідини, що знаходяться в спокої. У ньому ми вивчаємо поняття питомої маси, тиску, принцип Стевіна та його застосування, а також теорему Архімеда.

Дивіться також:Кінематика — розділ фізики, що вивчає рух тіл без урахування походження руху

Розв'язували вправи з гідродинаміки

питання 1

(Enem) Для встановлення кондиціонера пропонується розмістити його у верхній частині стіни кімнати, оскільки Більшість рідин (рідин і газів) при нагріванні розширюються, зменшуючи їх щільність і витісняючись. висхідний. У свою чергу, коли вони охолоджуються, вони стають щільнішими і зазнають зміщення вниз.

Пропозиція, представлена ​​в тексті, мінімізує споживання енергії, тому що

А) знижує вологість повітря в приміщенні.

Б) збільшує швидкість теплопровідності з приміщення.

В) полегшує відтік води з приміщення.

Г) сприяє циркуляції потоків холодного і гарячого повітря всередині приміщення.

Д) зменшує швидкість тепловіддачі від приладу в приміщення.

роздільна здатність:

Альтернатива Д

Рекомендація, представлена ​​в тексті, зменшує споживання електроенергії, оскільки холодне повітря піднімається вгору, а гаряче опускається вниз, сприяючи циркуляції потоків холодного та гарячого повітря всередині приміщення.

Питання 2

(Unichristus) Цистерна об’ємом 8000 л повністю заповнена водою. Вся вода з цієї цистерни буде перекачуватися в цистерну для води об’ємом 8000 літрів із постійною швидкістю потоку 200 літрів/хвилину.

Загальний час, необхідний для видалення всієї води з цистерни до автоцистерни, буде складати

А) 50 хвилин.

Б) 40 хвилин.

В) 30 хвилин.

Г) 20 хвилин.

Д) 10 хвилин.

роздільна здатність:

Альтернатива Б

Ми розрахуємо загальний необхідний час за формулою об’ємної витрати:

\(R_v=A\cdot v\)

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

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

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

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

\(t=40\ хв\)

Джерела

НУССЕНЦВЕЙГ, Герч Мойсес. Базовий курс фізики: рідини, коливання та хвилі, тепло (т. 2). 5 вид. Сан-Паулу: Editora Blucher, 2015.

ХЕЛЛІДЕЙ, Девід; РЕЗНІК, Роберт; УОКЕР, Джерл. Основи фізики: гравітація, хвилі та термодинаміка (т. 2) 8. вид. Ріо-де-Жанейро, RJ: LTC, 2009.