Hidrodinamika

Prinsip Bernoulli

Apa itu hidrodinamika?

Itu Hidrodinamika Ini adalah area mekanika cairan yang membahas studi cairan bergerak. Namanya berasal dari bahasa Yunani "hidro", yang berarti air, Tapi hidrodinamika tidak terbatas pada mempelajari cairan, tetapi juga untuk gas.

Ini adalah salah satu disiplin tertua yang diketahui, dan pada awalnya hampir selalu berfokus pada hidrolika, yang merupakan studi tentang cairan dan khususnya air, baik saat istirahat maupun bergerak.

Diketahui bahwa penghuni bekas Mesopotamia mempraktikkan pembangunan sistem irigasi untuk tanaman. Dan juga, orang Mesir kuno belajar mengendalikan perairan Nil untuk keuntungan mereka.

Dalam Ilmu Cairan, Kekaisaran Romawi menyoroti, untuk tingkat kecanggihan yang dicapai teknik mereka, berkat mereka membangun sistem saluran air, kamar mandi, dan irigasi yang kompleks. Beberapa karyanya masih bertahan sampai hari ini.

Namun, untuk waktu yang lama hidrodinamika tidak memiliki fondasi matematika yang memadai. Pada abad ke-18 ia menerima dorongan pasti dengan karya-karya ilmuwan Swiss Daniel Bernoulli (1700-1782).

Bernoulli menerapkan prinsip konservasi energi pada cairan yang bergerak dan memperoleh ekspresi yang mengaturnya. Panggilan ini segera dijelaskan Prinsip Bernoulli, Fondasi hidrodinamika.

Apa yang dipelajari hidrodinamika?

Studi hidrodinamika cairan yang bergerak dan interaksinya, pemahaman dengan cairan tidak hanya cairan, tetapi juga gas.

Hidrolika adalah area spesifik yang berhubungan dengan cairan dan interaksinya dengan kekuatan yang berbeda, sementara aerodinamika berfokus pada interaksi antara media gas dan benda padat yang bergerak di dalam.

Cairan yang ideal

Pergerakan cairan nyata bisa sangat rumit untuk dijelaskan, namun, ada asumsi awal yang menyederhanakan beberapa aspek, mencapai pemahaman yang baik tentang berbagai fenomena.

Itu dapat melayani Anda: Kondisi keseimbangan kedua: penjelasan, contoh, latihan

Bagian hidrodinamika dari studi cairan ideal. Dengan cara ini, ia mengasumsikan bahwa cairan adalah:

• Tidak dapat dimampatkan, yang berarti kepadatannya tidak diubah.
• Stasioner, jadi kecepatannya sama pada titik dan waktu tertentu.
• Tidak kental, yaitu tidak memiliki gesekan internal.
• Irrotasional, tidak menghadirkan pusaran atau angin puyuh.

Setelah model untuk dinamika cairan ideal ditetapkan, konsep viskositas diperkenalkan, yang merupakan gesekan internal antara lapisan fluida. Dengan ini, pendekatan cairan sungguhan lebih baik.

Viskositas menyebabkan hilangnya tekanan di seluruh tabung yang melaluinya cairan bergerak, dan model fisik yang menggambarkan efek ini ditemukan oleh dokter Prancis abad ke -19, j.L. Poiseuille (1799-1869), yang melakukan banyak penelitian tentang pergerakan cairan kental yang penting: darah.

Prinsip Hidrodinamika

Dua prinsip dasar hidrodinamika adalah:

• Konservasi massa
• Konservasi Energi

Prinsip pertama diungkapkan melalui Persamaan kontinuitas Dan yang kedua, melalui Persamaan Bernoulli.

Persamaan kontinuitas

Anda memiliki pipa yang melaluinya cairan bersirkulasi tanpa kehilangan atau kontribusi. Ini berarti bahwa pipa tidak memiliki kebocoran dan cairan itu tidak ditambahkan ke jumlah yang beredar.

Cairan bersirkulasi melalui pipa dengan bagian area transversal yang berbeda. Sumber: Wikimedia Commons

Bagian cairan yang bersirkulasi melalui bagian sempit pipa, dengan warna biru muda, adalah sama yang kemudian melewati bagian lebar, juga dengan warna biru muda.

Karena adonan dilestarikan, bagian yang beredar melalui bagian penampang ke₁, Itu sama dengan yang beredar melalui bagian lain dari penampang₂:

Karena adonan adalah produk kepadatan ρ berdasarkan volume V:

Itu dapat melayani Anda: Cahaya: Sejarah, Alam, Perilaku, Propagasi

ρ ∙ v₁ = ρ ∙ v₂

Menjadi v₁ Volume di bagian a₁ dan v₂ Volume di bagian a₂.

Volume adalah area silang -seatan dengan panjang S (lihat gambar di atas):

ρ ∙ (a₁∙ s₁) = ρ ∙ (a₂∙ s₂)

Pada gilirannya, panjang bagian adalah produk antara kecepatan cairan dan interval waktu:

S = v ∙ Δt

Selain itu, karena kepadatan cairan tetap konstan (cairan yang tidak dapat dimampatkan), ia dapat dibatalkan, seperti waktu:

KE₁∙ v₁∙ Δt = a₂∙ v₂∙ Δt

Persamaan kontinuitas akhirnya diperoleh:

KE₁∙ v₁ = A₂∙ v₂

 Produk penampang karena kecepatan fluida disebut aliran dan biasanya dilambangkan dengan Q:

Q = a ∙ v

Unit Q adalah meter kubik/kedua dalam sistem unit internasional, sehingga alirannya juga ditafsirkan sebagai volume per unit waktu.

Persamaan Bernoulli

Persamaan Bernoull adalah konsekuensi dari menerapkan konservasi energi pada cairan. Anda memiliki jumlah istilah berikut:

• Tekanan p
• Energi kinetik per unit volume: ρv²/2 g
• Energi potensial per satuan volume: ρgh

Oleh karena itu, nilainya tetap dipertahankan di semua titik rute. Kemudian:

P + ρV²/2g + ρgh = konstan

Di mana v adalah kecepatan cairan, g percepatan gravitasi dan h ketinggian sehubungan dengan tingkat referensi, seperti yang muncul pada gambar di atas.

Aplikasi Hidrodinamik

Teorema Torricelli

Teorema Torricelli berasal dari prinsip Bernoulli dan menyatakan bahwa kecepatan V yang dengannya cairan keluar oleh lubang kecil, adalah sama yang memiliki tubuh ketika jatuh oleh aksi gravitasi dari ketinggian H:

Siphon

Siphon berfungsi untuk mentransfer cairan, dan terdiri dari selang atau tabung terlipat dengan berbentuk tidak sama, dengan sisi terpendek terendam dalam wadah tempat cairan berada, dan sisi terpanjang dalam wadah tujuan tujuan tujuan tujuan tujuan tujuan tujuan tujuan tujuan tujuan tujuan tujuan tujuan.

Itu dapat melayani Anda: imantation: apa yang terdiri dari, metode, dan contohMenyedot

Tingkat wadah asal harus di atas tingkat keluarnya cairan dalam tabung, dan harus dipastikan bahwa selang benar -benar penuh dengan cairan, tanpa gelembung udara.

Karena bagian dari cairan yang berada di sisi terpanjang lebih berat, itu membuat cairan berperilaku seperti rantai yang meluncur di atas katrol, menuangkan ke dalam wadah kedatangan (ketinggian bawah).

Meter pitot

Ini terdiri dari tabung kecil yang biasanya digunakan di pesawat terbang, untuk mengukur kecepatannya sehubungan dengan udara. Itu juga berfungsi untuk mengukur laju aliran air dalam pipa atau arus sungai.

Meter pitot

Contoh hidrodinamika dalam kehidupan sehari -hari

Pergerakan cairan sangat sering terjadi dalam kehidupan sehari -hari, baik dalam cairan atau gas. Contoh -contoh berikut menunjukkan betapa pentingnya pergerakan cairan bahkan untuk pemeliharaan kehidupan:

Sistem Pipa Domestik

Di rumah ada sistem pipa yang mengangkut perairan putih, terpisah dari limbah. Terkadang sistem pipa untuk gas domestik juga dibangun, digunakan untuk memasak dan memanaskan.

Sistem pendingin mobil

Saat mesin mobil berjalan, sejumlah besar panas dihasilkan. Untuk mengekstraknya, di sebagian besar model, mesin dingin dengan cairan, yang bisa berupa air atau refrigeran dengan aditif untuk menghindari korosi dan mengoptimalkan pendinginan.

Cairan dilewatkan melalui sistem saluran yang sangat tipis: radiator, dengan menggunakan pompa dan mendingin dengan bantuan arus udara yang digerakkan oleh kipas. Refrigeran, yang diarahkan ke mesin, mengekstraksi panas berlebih dan mengangkutnya ke radiator, dalam siklus perjalanan pulang pergi saat mesin beroperasi.