Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Hvordan er tryk relateret til væskeflow?

Moderne luftfart ville være umuligt uden aerodynamisk analyse baseret på de grundlæggende principper for væskemekanik. Selvom "væske" ofte er synonymt med "væske" i konversationssprog, gælder det videnskabelige koncept for en væske for både gasser og væsker. Den definerende karakteristik af væsker er tendensen til at strømme - eller på teknisk sprog at deformere kontinuerligt - under stress. Begrebet tryk er tæt forbundet med de vigtige egenskaber ved en flydende væske.

Trykstyrken

Den tekniske definition af tryk er kraft pr. Arealområde. Tryk kan være mere meningsfuldt end relaterede mængder, såsom masse eller kraft, fordi de praktiske konsekvenser af forskellige scenarier ofte afhænger primært af pres. Hvis du f.eks. Bruger fingerspidsen til at anvende en mild nedadgående kraft til en agurk, sker der ikke noget. Hvis du anvender den samme kraft med en skarp knivs blad, skærer du gennem agurken. Kraften er den samme, men kanten af ​​bladet har et meget mindre overfladeareal, og dermed er kraften pr. Arealareal - med andre ord trykket - meget højere.

Flowstyrker

Tryk gælder for både væsker og faste genstande. Du kan forstå trykket af et væske ved at visualisere vand, som strømmer gennem en slange. Den bevægende væske udøver en kraft på slangens indvendige vægge, og væskens tryk svarer til denne kraft divideret med slangens indvendige overfladeareal på et givet punkt.

Confined Energy

Hvis trykket er lig med kraft divideret med område, er tryk også lig med krafttider afstand divideret med områdets afstand: FD /AD = P. Område gange afstand svarer til volumen, og force times afstand er formlen for arbejde, som i denne situation er ækvivalent med energi. Således kan trykket af et fluid også defineres som energitæthed: den samlede energi af væsken divideret med det volumen, hvori fluidet strømmer. For det forenklede tilfælde af en væske, der ikke ændrer højden, når den strømmer, er den samlede energi summen af ​​tryksens energi og den kinetiske energi i de flydende væskemolekyler.

Bevaret energi

Det grundlæggende forhold mellem tryk og væskeshastighed er indfanget i Bernoulli ligningen, der angiver, at den samlede energi i et bevægende fluid er bevaret. Med andre ord forbliver summen af ​​energi på grund af tryk og kinetisk energi konstant, selvom strømningsvolumenet ændres. Ved at anvende Bernoulli ligningen kan du demonstrere, at tryket faktisk falder, når væsken er på vej gennem en indsnævring. Den samlede energi før sammenbruddet og under sammenbruddet skal være det samme. I overensstemmelse med bevarelsen af ​​massen skal fluidets hastighed forøges i det indsnævrede volumen, og således øges den kinetiske energi også. Den samlede energi kan ikke ændres, så trykket skal falde for at afbalancere stigningen i kinetisk energi.

Klik for at udvide hele teksten