←
Podsumowanie

Podsumowanie

14.1 Płyny, gęstość i ciśnienie

  • Płyn to stan skupienia materii poddający się siłom bocznym lub ścinającym. Ciecze i gazy są płynami. Statyka płynów to dziedzina fizyki zajmująca się nieruchomymi płynami.
  • Gęstość substancji lub obiektu, to jego masa na jednostkę objętości. Definiujemy ją jako ρ = m / V . ρ = m / V . Jednostką SI gęstości jest kg/m 3 . kg/m 3 .
  • Ciśnienie to wartość składowej prostopadłej siły na jednostkę powierzchni, do której jest przyłożona, p = F / A . p = F / A . Jednostką SI ciśnienia jest paskal: 1 Pa = 1 N/m 2 1 Pa = 1 N/m 2 .
  • Ciśnienie wywołane ciężarem cieczy o stałej gęstości dane jest przez p = ρ g h p = ρ g h , gdzie p p jest ciśnieniem, h h głębokością cieczy, na której mierzymy ciśnienie, ρ ρ gęstością cieczy, a g g przyspieszeniem ziemskim.

14.2 Pomiar ciśnienia

  • Ciśnienie manometryczne to ciśnienie mierzone względem ciśnienia atmosferycznego.
  • Ciśnienie absolutne to suma ciśnienia manometrycznego i ciśnienia atmosferycznego.
  • Otwarte manometry rurkowe zbudowane są z rurki w kształcie litery U, której jeden koniec jest zawsze otwarty. Używa się ich do pomiaru ciśnienia. Barometr rtęciowy to urządzenie mierzące ciśnienie atmosferyczne.
  • Jednostką SI ciśnienia jest paskal (Pa), ale w powszechnym użyciu jest jeszcze kilka innych jednostek.

14.3 Prawo Pascala i układy hydrauliczne

  • Ciśnienie to siła na jednostkę powierzchni.
  • Zmiana ciśnienia przyłożonego do zamkniętego płynu przekazywana jest bez strat do wszystkich części płynu i do ścian naczynia zawierającego ten płyn.
  • Układ hydrauliczny zawiera zamknięty płyn używany do przekazywania sił.

14.4 Prawo Archimedesa i siła wyporu

  • Siła wyporu jest siłą wypadkową skierowaną ku górze, przyłożoną do dowolnego obiektu zanurzonego w dowolnym płynie. Jeżeli siła wyporu jest większa niż ciężar przedmiotu, to zacznie się on poruszać ku powierzchni, a później będzie się na niej unosił. Jeżeli siła wyporu jest mniejsza niż waga przedmiotu, to przedmiot zatonie. Jeżeli siła wyporu równa się masie przedmiotu, który jest w spoczynku, to pozostanie on na obecnej głębokości. Siła wyporu jest zawsze obecna i zawsze działa na przedmiot zanurzony całkowicie lub częściowo w płynie.
  • Prawo Archimedesa stwierdza, że siła wyporu działająca na przedmiot równa się ciężarowi wypartego przez ten przedmiot płynu.

14.5 Dynamika płynów

  • Strumień objętościowy Q Q jest definiuje się jako objętość V V przepływającą przez pole powierzchni w pewnym punkcie w czasie t t lub Q = d V / d t Q= d V/ d t, gdzie V V jest objętością, a t t czasem. Jednostką SI strumienia objętościowego jest m 3 /s, m 3 /s, ale w powszechnym użyciu są również inne jednostki, takie jak l/min.
  • Strumień objętościowy oraz prędkość są związane relacją Q = A v Q = A v , gdzie A A jest polem przekroju strumienia płynu, a v v jego średnią prędkością.
  • Równanie ciągłości mówi, że dla płynów nieściśliwych masa wpływająca do rury musi się równać masie wypływającej z niej.

14.6 Równanie Bernoulliego

  • Równanie Bernoulliego mówi, że sumy po dwóch stronach poniższego równania są takie same w dowolnych dwóch punktach nieściśliwego płynu:
    p 1 + 1 2 ρ v 1 2 + ρ g h 1 = p 2 + 1 2 ρ v 2 2 + ρ g h 2 . p 1 + 1 2 ρ v 1 2 + ρ g h 1 = p 2 + 1 2 ρ v 2 2 + ρ g h 2 .
  • Wiele zastosowań ma uproszczona wersja równania Bernoulliego, w której wysokość płynu jest stała. Składniki równania zawierające wysokość (lub głębokość h h) upraszczają się i w efekcie uzyskujemy
    p 1 + 1 2 ρ v 1 2 = p 2 + 1 2 ρ v 2 2 . p 1 + 1 2 ρ v 1 2 = p 2 + 1 2 ρ v 2 2 .
  • Powyższa postać równania Bernoulliego ma wiele zastosowań, w tym dotyczące zjawiska porywania oraz pomiaru prędkości.

14.7 Lepkość i turbulencje

  • Przepływ laminarny charakteryzuje się brakiem mieszania poruszających się warstw płynu.
  • Turbulencja cechuje się wirami i zwrotami prędkości, które mieszają warstwy płynu.
  • Lepkość płynu η η jest spowodowana tarciem wewnętrznym w płynie.
  • Przepływ pozostaje proporcjonalny do różnicy ciśnień i odwrotnie proporcjonalny do oporu:
    Q = p 2 − p 1 R . Q = p 2 − p 1 R .
  • Spadek ciśnienia powodują zarówno przepływ, jak i opory, określa go równanie: p 2 – p 1 = R Q p 2 – p 1 = R Q .
  • Liczba Reynoldsa R e Re pomaga stwierdzić, czy przepływ jest laminarny, czy turbulentny. Wynosi ona: R e = 2 ρ v r η Re= 2 ρ v r η .
  • Dla R e Re poniżej około 2000 przepływ jest laminarny. Dla R e Re powyżej około 3000 przepływ jest turbulentny. Dla wartości R e Re pomiędzy 2000 a 3000 może być albo jednego typu, albo drugiego, albo wykazywać cechy obu.