Gęstość i ciśnienie. Gęstość płynu jest równa. Gęstość jest wielkością skalarną; jej jednostką w układzie SI jest [kg/m 3 ]

Podobne dokumenty
MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

STATYKA I DYNAMIKA PŁYNÓW (CIECZE I GAZY)

Wykład 7. Mechanika płynów

Wykład FIZYKA I. 12. Mechanika płynów. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

Mechanika płynów. Wykład 9. Wrocław University of Technology

Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni.

KOLOKWIUM w piątek 8 grudnia

Oddziaływania. Wszystkie oddziaływania są wzajemne jeżeli jedno ciało działa na drugie, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze.

Wykład 12. Mechanika płynów

Temat: Ruch płynów doskonałych. Równanie ciągłości

Podstawy fizyki sezon 1 IX. Mechanika płynów

Fizyka dla Informatyków Wykład 8 Mechanika cieczy i gazów

Podstawy fizyki wykład 5

Mechanika płynp. Wykład 9 14-I Wrocław University of Technology

Rozdział 10. Statyka i dynamika płynów

Podstawy fizyki sezon 1 IX. Mechanika płynów

dn dt C= d ( pv ) = d dt dt (nrt )= kt Przepływ gazu Pompowanie przez przewód o przewodności G zbiornik przewód pompa C A , p 1 , S , p 2 , S E C B

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

Aerodynamika i mechanika lotu

Prędkości cieczy w rurce są odwrotnie proporcjonalne do powierzchni przekrojów rurki.

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Dynamika

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY NA PODSTAWIE PRAWA STOKESA

Ćw. M 12 Pomiar współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa i za pomocą wiskozymetru Ostwalda.

[ ] ρ m. Wykłady z Hydrauliki - dr inż. Paweł Zawadzki, KIWIS WYKŁAD WPROWADZENIE 1.1. Definicje wstępne

18. Siły bezwładności Siła bezwładności w ruchu postępowych Siła odśrodkowa bezwładności Siła Coriolisa

Ćwiczenie 2: Wyznaczanie gęstości i lepkości płynów nieniutonowskich

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

10. FALE, ELEMENTY TERMODYNAMIKI I HYDRODY- NAMIKI.

WYDZIAŁ LABORATORIUM FIZYCZNE

Zadanie 1. Zadanie 2.

1. Za³o enia teorii kinetyczno-cz¹steczkowej budowy cia³

Max liczba pkt. Rodzaj/forma zadania. Zasady przyznawania punktów zamknięte 1 1 p. każda poprawna odpowiedź. zamknięte 1 1 p.

Wyznaczanie gęstości i lepkości cieczy

KRYTERIA OCEN Z FIZYKI DLA KLASY I GIMNAZJUM

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

J. Szantyr Wykład nr 19 Warstwy przyścienne i ślady 1

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY NA PODSTAWIE PRAWA STOKESA

WYKŁAD 10 METODY POMIARU PRĘDKOŚCI, STRUMIENIA OBJĘTOŚCI I STRUMIENIA MASY W PŁYNACH

Wykłady z Fizyki. Hydromechanika

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 13: Współczynnik lepkości

Zastosowania Równania Bernoullego - zadania

CIĘŻAR. gdzie: F ciężar [N] m masa [kg] g przyspieszenie ziemskie ( 10 N ) kg

Ćwiczenie 2: Wyznaczanie gęstości i lepkości płynów. Rodzaje przepływów.

A. 0,3 N B. 1,5 N C. 15 N D. 30 N. Posługiwać się wzajemnym związkiem między siłą, a zmianą pędu Odpowiedź

Pomiar współczynnika lepkości wody. Badanie funkcji wykładniczej.

Fizyka Podręcznik: Świat fizyki, cz.1 pod red. Barbary Sagnowskiej. 4. Jak opisujemy ruch? Lp Temat lekcji Wymagania konieczne i podstawowe Uczeń:

OPADANIE CZĄSTEK CIAŁ STAŁYCH W PŁYNACH

Gdy pływasz i nurkujesz również jesteś poddany działaniu ciśnienia, ale ciśnienia hydrostatycznego wywieranego przez wodę.

J. Szantyr Wykład nr 27 Przepływy w kanałach otwartych I

I. DYNAMIKA PUNKTU MATERIALNEGO

We wszystkich zadaniach przyjmij wartość przyspieszenia ziemskiego g = 10 2

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

CZTERY ŻYWIOŁY. Q=mg ZIEMIA. prawo powszechnej grawitacji. mgr Andrzej Gołębiewski

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

Płyn doskonały. Przepływ cieczy można zobrazować poprzez linie prądu (tory cząstek) Prędkość cząstki jest zawsze styczna do linii prądu.

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Praca domowa nr 2. Kinematyka. Dynamika. Nieinercjalne układy odniesienia.

PRACA Pracą mechaniczną nazywamy iloczyn wartości siły i wartości przemieszczenia, które nastąpiło zgodnie ze zwrotem działającej siły.

Wykład FIZYKA I. 3. Dynamika punktu materialnego. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Energia, właściwości materii

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

MECHANIKA 2. Praca, moc, energia. Wykład Nr 11. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Siła grawitacji jest identyczna w kaŝdym przypadku,

I. KARTA PRZEDMIOTU FIZYKA

FIZYKA KLASA 7 Rozkład materiału dla klasy 7 szkoły podstawowej (2 godz. w cyklu nauczania)

Nieustalony wypływ cieczy ze zbiornika przewodami o różnej średnicy i długości

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

J. Szantyr Wykład nr 26 Przepływy w przewodach zamkniętych II

Równanie Bernoulliego. 2 v1

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

Podstawowy problem mechaniki klasycznej punktu materialnego można sformułować w sposób następujący:

Powtórzenie wiadomości z klasy I. Cząsteczkowa budowa materii. Ciśnienie, prawo Pascala - obliczenia.

Mechanika Płynów Fluid Mechanics

Zakład Dydaktyki Fizyki UMK

Zestaw zadań na I etap konkursu fizycznego. Zad. 1 Kamień spadał swobodnie z wysokości h=20m. Średnia prędkość kamienia wynosiła :

Tarcie poślizgowe

Pomiar ciśnienia krwi metodą osłuchową Korotkowa

Zapoznanie studentów z pojęciem fali,rodzajami fal i wielkosciami opisującymi ruch falowy. Nauczenie studentów rozwiązywania zadań z ruchu falowego

ROZWIĄZUJEMY ZADANIA Z FIZYKI

Człowiek najlepsza inwestycja FENIKS

SPRAWDZIAN NR Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub F, jeśli jest

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

Fizyka 1 Wróbel Wojciech

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów. Schemat punktowania zadań

Mechanika płynów : laboratorium / Jerzy Sawicki. Bydgoszcz, Spis treści. Wykaz waŝniejszych oznaczeń 8 Przedmowa

Wymagania programowe na oceny szkolne z podziałem na treści Fizyka klasa II Gimnazjum

mgr Anna Hulboj Treści nauczania

wymiana energii ciepła

DYNAMIKA dr Mikolaj Szopa

W zaleŝności od charakteru i ilości cząstek wyróŝniamy: a. opadanie cząstek ziarnistych, b. opadanie cząstek kłaczkowatych.

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA 2016/ /20 (skrajne daty)

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Elementy dynamiki klasycznej - wprowadzenie. dr inż. Romuald Kędzierski

FIZYKA I ASTRONOMIA RUCH JEDNOSTAJNIE PROSTOLINIOWY RUCH PROSTOLINIOWY JEDNOSTAJNIE PRZYSPIESZONY RUCH PROSTOLINIOWY JEDNOSTAJNIE OPÓŹNIONY

WYKŁAD 5 RÓWNANIE EULERA I JEGO CAŁKI PIERWSZE 1/14

12 K A TEDRA FIZYKI STOSOWANEJ P R A C O W N I A F I Z Y K I

Transkrypt:

Mechanika płynów

Płyn każda substancja, która może płynąć, tj. dowolnie zmieniać swój kształt w zależności od naczynia, w którym się znajduje oraz może swobodnie się przemieszczać (przepływać), np. przepompowywana przez rury. Pojecie płynu nie należy mylić z pojęciem cieczy, gdyż płynami są nie tylko ciecze, ale także wszystkie gazy, a nawet takie mieszaniny różnych faz fizycznych jak piana, emulsja, zawiesina i pasta.

Gęstość płynu jest równa Gęstość i ciśnienie ρ Δm ΔV ρ - gęstość płynu w pewnym jego punkcie, ΔV - element objętości w otoczeniu tego punktu Δm - masa płynu zawartego w tej objętości. Gęstość jest wielkością skalarną; jej jednostką w układzie SI jest [kg/m 3 ]

Substancja lub ciało Gęstość [kg/m 3 ] Przestrzeń międzygwiezdna 0-0 Najlepsza próżnia w 0-7 laboratorium Lód 0,97 0 3 Woda (0 o C, atm) 0,998 0 3 Krew ludzka,060 0 3 Ziemia (średnio) 5,5 0 3 Słońce (średnio),4 0 3 Jądro uranu 3 0 7

Ciśnienie to iloraz siły działającej prostopadle do powierzchni i pola tej powierzchni p W układzie SI jednostką ciśnienia jest paskal Pa = N/m. Inne jednostki bar ( bar = 0 5 Pa), atmosfera ( atm = 035 Pa), mm Hg (760 mm Hg = atm). F n S

Ciśnienie [Pa] Środek Słońca 0 6 Środek Ziemi 4 0 Dno największej głębi oceanicznej, 0 8 Obcas buta na szpilce 0 6 Opona samochodowa 0 5 Ciśnienie atmosferyczne na poziomie,0 0 5 morza Normalne ciśnienie krwi,6 0 4 Najlepsza próżnia w laboratorium 0 -

Ciśnienie rośnie ze wzrostem głębokości. Ciśnienie maleje ze wzrostem wysokości. Ciśnienie, którego zmiany odczuwa nurek i taternik nazywa się zwykle ciśnieniem hydrostatycznym (atmosferycznym), gdyż pochodzi ono od płynu statycznego, tzn. od płynu pozostającego w spoczynku.

Prawo Pascala, zmiany ciśnienia wewnątrz nieruchomego płynu Prawo Pascala (Pascal 653): Jeżeli na płyn w zbiorniku zamkniętym wywierane jest ciśnienie zewnętrzne, to ciśnienie wewnątrz zbiornika jest wszędzie jednakowe i równe ciśnieniu zewnętrznemu. Uwaga: Prawo Pascala, jest prawdziwe wówczas, gdy można pominąć siły grawitacji i inne siły masowe oraz ciśnienie wywołane ruchem płynu

Zasada działania prasy hydraulicznej p p F S F S F S F S F F S S

Schemat działania hamulca hydraulicznego w samochodzie

Ciśnienie hydrostatyczne Q = mg = Shρg p Q S Shρg S hρg p p0 hρg Ciśnienie hydrostatyczne zależy jedynie od wysokości słupa h i gęstości płynu. Ciśnienie wywierane przez płyn na dno naczynia nie zależy od kształtu naczynia (paradoks hydrostatyczny).

Prawo Archimedesa Na każde ciało zanurzone w płynie działa siła wyporu, skierowana pionowo do góry i równa ciężarowi płynu wypartego przez to ciało F w =gv Gdzie - gęstość płynu g- przyspieszenie ziemskie V objętość zanurzonego ciała

Ruch płynów doskonałych Aby płyn można nazwać doskonałym muszą być spełnione cztery założenia: Przepływ musi być ustalony (laminarny), tzn. prędkości przepływu w dowolnym punkcie nie zmienia się co do wartości jak i co do kierunku. Przepływ musi być nieściśliwy, tzn. gęstość płynu jest stała. Przepływ musi być nielepki, tzn. zaniedbujemy wszelkie siły tarcia. Przepływ musi być bezwirowy. Przepływ jest bezwirowy, gdy w żadnym punkcie cząstka płynu nie ma wypadkowej prędkości kątowej względem tego punktu.

W przepływie ustalonym prędkość w dowolnym punkcie P jest stała w czasie i każda przepływająca przez ten punkt cząstka płynu minie go z tą samą (co do kierunku i wartości ) prędkością. To samo pozostaje prawdziwe dla punktów Q i R. Tak więc, jeżeli prześledzimy tor jednej cząstki przechodzącej przez punkty P, Q i R, to każda cząstka przybywająca do P będzie poruszać się dalej po tej samej krzywej. Krzywa ta nosi nazwę linii prądu. Linia prądu Wnioski: Linia prądu jest w każdym punkcie równoległa do prędkości cząstek płynu. Linie prądu nie mogą się przecinać. Przez każdy punkt w płynie możemy poprowadzić linię prądu

Struga prądu jest wyznaczona przez linie prądu stanowiące jej granice. Równanie ciągłości strugi S v Sv S pole przekroju v - prędkość lub Sv const

Równanie Bernoulliego Załóżmy, że płyn przemieszcza się od przekroju S do przekroju S ; Na powierzchnię S działa siła parcia F =p S, a na powierzchnię S siła F =p S ; W elementarnym przedziale czasu Δt rozpatrywana struga płynu przemieści się na pewną odległość i tak powierzchnia S przesunie się o odcinek v Δt do położenia S, a powierzchnia S przesunie się o odcinek v Δt do położenia S

V p p t v S p t v S p t F v t v F Δ Δ Δ Δ mgh mv E, mgh mv E E E V p p V p mgh mv V p mgh mv const pv mgh mv const gh v p ρ ρ

Wnioski wypływające z równania Bernoulliego:. Suma energii kinetycznej, potencjalnej i ciśnienia jednostki masy (lub jednostki objętości) ustalonego przepływu płynu doskonałego jest wielkością stałą.. Jeśli przy przepływie wzdłuż poziomej linii prądu prędkość elementu płynu wzrasta to ciśnienie płynu maleje i na odwrót.

Ruch płynów rzeczywistych Równanie ciągłości i równanie Bernoulliego nie uwzględniają jednak różnicy prędkości cząsteczek płynu rzeczywistego znajdujących się w różnej odległości od ścianek rury, gdyż nie uwzględniają tarcia między cząsteczkami płynu, tzw. tarcia wewnętrznego zwanego często lepkością. Warstwa płynu przylegająca do ścianek rury znajduje się praktycznie w spoczynku; W kierunku osi rury prędkość warstw płynu wzrasta, osiągając prędkość maksymalną na osi rury.

Przy małych prędkościach przepływ płynu rzeczywistego przez gładką rurę jest przepływem laminarnym (warstwowym), tzn. sąsiadujące ze sobą strugi płynu płyną wzajemnie się nie zakłócając. Gdy prędkość wzrośnie powyżej pewnej granicy w płynie zaczynają tworzyć się liczne wiry i przepływ staje się turbulentny. Kryterium przejścia ruchu laminarnego w turbulentny (burzliwy) zostało podane przez Reynoldsa w formie tzw. liczby Reynoldsa Re. Liczba Reynoldsa w przypadku przewodu kołowego określona jest związkiem postaci Re ρ d η v gdzie: ρ gęstość płynu, η współczynnik lepkości, v prędkość przepływu, d średnica przewodu kołowego.

Przy przepływie przez gładkie, proste przewody o przekroju kołowym w przypadku gdy: Re<300 przepływ jest laminarny, 3000>Re>300 przepływ ma charakter niestacjonarny; przy wystąpieniu jakichkolwiek zakłóceń łatwo staje się turbulentny, Re>3000 przepływ jest turbulentny. Opierając się na wzorze opisującym liczbę Reynoldsa można wyznaczyć prędkość krytyczną v k przepływu płynu, po przekroczeniu której przepływ będzie burzliwy. (np. dla wody gdy d = cm i Re=300 v k = 0.5 m/s.).

Współczynnik lepkości, prawo Stokesa Niech płaska płytka porusza się po powierzchni płynu ze stałą prędkością v 0 pod wpływem stycznej do powierzchni siły F. Warstwa płynu bezpośrednio przylegająca do płytki porusza się również z prędkością v 0. Natomiast niższe warstwy płynu mają prędkość mniejszą.

F S η Δv Δx S powierzchnia płytki, η dynamiczny współczynnik lepkości płynu, - spadek prędkości Δv na odcinku głębokości Δx. Prawo Stokesa: Na kulę o promieniu r poruszającą się w płynie o współczynniku lepkości η z prędkością v działa siła oporu (tarcia) równa F 6π η r v

IŚ, IChiP. I zasada dynamiki Newtona.. Co to znaczy że wykonana praca ma wartość J? 3. Prawo Archimedesa.

TŻiŻCz. II zasada dynamiki Newtona.. Zasada zachowania energii mechanicznej. 3. Prawo Archimedesa.