유체 역학은 유체와 한계를 이동 유체의 상호 작용의 운동의 연구에 초점을 맞추고 유압의 일부입니다. 어원에 관해서는 단어의 기원은 라틴어 용어 유체 역학에 있습니다.
유체 역학의 이름은 Daniel Bernoulli 때문입니다. 그는 1738 년 그의 작품 Hydrodynamica에서 발표 한 유체 역학 연구를 수행 한 최초의 수학자 중 한 명입니다. 움직이는 체액은 정맥을 통해 순환하는 혈액이나 폐를 통해 흐르는 공기와 같이 인체에서 발견됩니다.
유체는 일상 생활과 엔지니어링 모두에서 다양한 응용 분야에서도 발견됩니다. 예를 들어 수도관, 가스관 등에서
이 모든 점에서이 물리학 분야의 중요성은 분명해 보입니다. 건강, 엔지니어링 및 건설 분야에서 그 응용이 발견되는 것은 아닙니다.
다른 한편으로 유체 연구를 다룰 때 일련의 접근법의 과학적 일부로서 유체 역학을 명확히하는 것이 중요합니다.
구혼
움직이는 유체를 연구 할 때 분석을 용이하게하는 일련의 근사를 수행해야합니다.
이런 식으로 유체는 이해할 수 없으므로 압력 변화에도 불구하고 밀도가 변하지 않은 것으로 간주됩니다. 또한 점도 유체 에너지 손실은 무시할 수있는 수준으로 가정합니다.
마지막으로 유체 흐름이 정상 상태로 발생한다고 가정합니다. 즉, 동일한 지점을 통과하는 모든 입자의 속도는 항상 동일합니다.
유체 역학의 법칙
유체의 움직임을 제어하는 주요 수학적 법칙과 고려해야 할 가장 중요한 양은 다음 섹션에 요약되어 있습니다.
연속성 방정식
실제로 연속 방정식은 질량 보존 방정식입니다. 다음과 같이 요약 할 수 있습니다.
파이프가 주어지고 두 섹션 S 1 및 S 2가 주어지면 각각 속도 V 1 및 V 2로 순환하는 액체가 있습니다 .
두 섹션을 연결하는 섹션이 입력 또는 소비를 생성하지 않으면 시간 단위 (질량 흐름이라고 함)에서 첫 번째 섹션을 통과하는 액체의 양이 두 번째 섹션.
이 법칙의 수학적 표현은 다음과 같습니다.
v 1 ∙ S 1 = v 2 ∙ S 2
베르누이의 원리
이 원리는 폐쇄 된 도관을 통해 순환 체제에있는 이상적인 유체 (마찰 또는 점도 없음)가 항상 경로에서 일정한 에너지를 갖도록 설정합니다.
그의 정리의 수학적 표현에 불과한 Bernoulli의 방정식은 다음과 같이 표현됩니다.
v 2 ∙ ƿ / 2 + P + ƿ ∙ g ∙ z = 상수
이 식에서 v는 고려 된 단면을 통과하는 유체의 속도, ƿ는 유체의 밀도, P는 유체의 압력, g는 중력 가속도 값, z는 방향으로 측정 된 높이입니다. 중량.
Torricelli의 법칙
Torricelli의 정리, Torricelli의 법칙 또는 Torricelli의 원리는 특정 사례에 대한 Bernoulli의 원리를 적용한 것으로 구성됩니다.
특히 용기에 담긴 액체가 중력에 의해 작은 구멍을 통과 할 때 거동하는 방식을 연구합니다.
원리는 다음과 같이 설명 할 수 있습니다. 오리피스가있는 용기에서 액체의 변위 속도는 진공 상태에서 자유 낙하 상태에있는 모든 물체가 액체가있는 수준에서 구멍의 무게 중심입니다.
수학적으로 가장 간단한 버전에서는 다음과 같이 요약됩니다.
V r = √2gh
이 방정식에서 V r 은 액체가 구멍을 떠날 때의 평균 속도이고, g는 중력 가속도이고, h는 구멍의 중심에서 액체 표면의 평면까지의 거리입니다.
응용
유체 역학 응용은 일상 생활과 엔지니어링, 건설 및 의학과 같은 다양한 분야에서 발견됩니다.
이런 식으로 댐 설계에 유체 역학이 적용됩니다. 예를 들어 동일한 릴리프를 연구하거나 벽에 필요한 두께를 알 수 있습니다.
마찬가지로 운하 및 수로 건설 또는 주택의 급수 시스템 설계에 사용됩니다.
그것은 항공, 비행기 이륙에 유리한 조건 연구 및 선박 선체 설계에 적용됩니다.
운동이 해결됨
1.30 ∙ 10 3 Kg / m 3 밀도의 액체가 순환하는 파이프 는 초기 높이 z 0 = 0m로 수평으로 흐릅니다 . 장애물을 극복하기 위해 파이프는 z 1 = 1.00m 높이까지 올라갑니다 . 파이프의 단면은 일정하게 유지됩니다.
낮은 수준의 압력을 알고 (P 0 = 1.50 atm), 높은 수준의 압력을 결정합니다.
Bernoulli의 원리를 적용하여 문제를 해결할 수 있으므로 다음을 수행해야합니다.
v 1 2 ∙ ƿ / 2 + P 1 + ƿ ∙ g ∙ z 1 = v 0 2 ∙ ƿ / 2 + P 0 + ƿ ∙ g ∙ z 0
속도가 일정하기 때문에 다음과 같이 감소합니다.
P 1 + ƿ ∙ g ∙ z 1 = P 0 + ƿ ∙ g ∙ z 0
대체하고 지우면 다음을 얻을 수 있습니다.
P 1 = P 0 + ƿ ∙ g ∙ z 0 -ƿ ∙ g ∙ z 1
P 1 = 1.50 ∙ 1.01 ∙ 10 5 + 1.30 ∙ 10 3 ∙ 9.8 ∙ 0- 1.30 ∙ 10 3 ∙ 9.8 ∙ 1 = 138760 Pa
참고 문헌
- 유체 역학. (nd). Wikipedia에서. es.wikipedia.org에서 2018 년 5 월 19 일에 검색 함.
- Torricelli의 정리. (nd). Wikipedia에서. es.wikipedia.org에서 2018 년 5 월 19 일에 검색 함.
- Batchelor, GK (1967). 유체 역학 소개. 캠브리지 대학 출판부.
- Lamb, H. (1993). 유체 역학 (6 판). 캠브리지 대학 출판부.
- 모트, 로버트 (1996). Applied Fluid Mechanics (4th ed.). 멕시코 : Pearson Education.