w poprzednim odcinku 1
HYDRODYNAMIKA
Płyn doskonały 1. Przepływ laminarny (ustalony) prędkość poruszającego się płynu w każdym wybranym punkcie nie zmienia się z upływem czasu co do wartości oraz kierunku.. Przepływ nieściśliwy gęstość płynu jest stała. 3. Przepływ nielepki brak strat związanych z oporem wewnętrznym. 4. Przepływ bezwirowy zawieszona w płynie cząstka nie obraca się względem środka masy. Przepływ cieczy można zobrazować poprzez linie prądu (tory cząstek) Prędkość cząstki jest zawsze styczna do linii prądu. 3
Równanie ciągłości V Sx Svt R m S 1v 1 Sv Strumień objętościowy R V Sv const. Szybkość przepływu masy (strumień masy) 4
Przemieszczenie płynu 5
Równanie Bernoulliego v p1 v p 1 gy 1 gy p const. v gy Jeśli przy przepływie wzdłuż poziomej linii prądu prędkość elementu płynu wzrasta, maleje ciśnienie. 6
Równanie Bernoulliego 1 v p1 v p gy gy 1 p v Jeśli przy przepływie wzdłuż poziomej linii prądu prędkość elementu płynu wzrasta, maleje ciśnienie. const. gy przeciąg 7
Skrzydło samolotowe 8
Przykłady Rekord szybkości jachtu (listopad 01) : 63 węzły ( 117 km/h) Siła działająca na żagiel (tutaj grot) jest efektem różnicy ciśnień po obu stronach żagla spowodowanej różnymi prędkościami powietrza po obu stronach żagla. Dodanie drugiego żagla (foka) zwiększa różnicę między tymi prędkościami. 9
10 Jeśli przy przepływie wzdłuż poziomej linii prądu prędkość elementu płynu wzrasta, maleje ciśnienie. 1 1 1 1 1 v p v p 1 1 S S S gh v m Sonda Venturiego
Przykłady Rozpylacz / pompa wodna 11
Rurka Pitota p p A A p B p B pv gh m v mgh 1
Płyny rzeczywiste płyn idealny: Przepływ laminarny prędkość poruszającego się płynu w każdym wybranym punkcie nie zmienia się z upływem czasu. Przepływ nieściśliwy gęstość płynu jest stała. Przepływ nielepki brak strat związanych z oporem wewnętrznym. Przepływ bezwirowy zawieszona w płynie cząstka nie obraca się względem środka masy. 13
Płyny rzeczywiste Przepływ wirowy 14
Płyny rzeczywiste Przepływ turbulentny (burzliwy) Skrzydło symulacja powstawania turbulencji O charakterze przepływu decyduje tzw. liczba Reynoldsa Re 15
Lepkość T A v x y Dynamiczny współczynnik lepkości [Pa s] 16
Opór dynamiczny Opór dynamiczny ciała jest sumą oporu siły tarcia wewnętrznego T vx T A y T Współczynnik lepkości BLv oporu ciśnieniowego R R CAv C L v Rozmiar ciała Prędkość ciała Liczba Reynoldsa charakteryzuje tzw. podobieństwo hydrodynamiczne R T CAv BLv C B Lv Re << 1 przepływ warstwowy Re >> 1 przepływ burzliwy 17
Opór dynamiczny T BLv R CAv C L v Liczba Reynoldsa charakteryzuje tzw. podobieństwo hydrodynamiczne R T CAv BLv C B Lv Re << 1 przepływ warstwowy Re >> 1 przepływ burzliwy 18
Współczynnik oporu c Współczynnik oporu zależy nie tylko do kształtu, ale również od powierzchni bryły. 19
Współczynnik oporu c Formuła 1: 0.7 do 1 Audi A: 0.5 Ferrari Testarossa: 0.36 191 : 0.8 Rowerzysta: 0.9 0
Współczynnik oporu 0.01 F-4 Phantom II (subsonic) 0.031 Boeing 747 0.07 Nuna, World Solar Challenge winner 001-007 1
Prędkość graniczna Skoczek: 195 km/h - 30 km/h
Prędkość graniczna Felix Baumgartner Wysokość: 38 969,4 m Prędkość :1357,6 km/h spadał swobodnie przez 4 minuty i sekundy Joseph Kittinger 989 km/h (1960r) 3
Stany skupienia materii Ciała stałe Ciecze Płyny Gazy 4
Stany skupienia materii Ciała stałe Ciecze Płyny Gazy Plazma 5
Ciało stałe ustalony kształt i objętość uporządkowanie dalekiego zasięgu oddziaływania harmoniczne 6
Ciało stałe ustalony kształt i objętość uporządkowanie dalekiego zasięgu oddziaływania harmoniczne Metale półprzewodniki Minerały Ceramiki Szkła ceramiczne Materiały organiczne (drewno) Polimery Materiały kompozytowe Nano materiały Bio materiały WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE mechaniczne termiczne Elektryczne Optyczne Elektro-mechaniczne Opto-elektroniczne 7
Ciecze - słabo ściśliwe - uporządkowanie bliskiego zasięgu - tworzą powierzchnię swobodna 8
Gazy Ciecze - słabo ściśliwe - uporządkowanie bliskiego zasięgu - tworzą powierzchnię swobodna Płyny Gazy - cząsteczki poruszają się swobodnie - oddziaływanie jedynie w wyniku zderzeń - duża ściśliwość 9
Stany skupienia materii Ciała stałe - ustalony kształt i objętość - uporządkowanie dalekiego zasięgu - oddziaływania harmoniczne Ciecze - słabo ściśliwe - uporządkowanie bliskiego zasięgu - tworzą powierzchnię swobodna Gazy - cząsteczki poruszają się swobodnie - oddziaływanie jedynie w wyniku zderzeń - duża ściśliwość Płyny Siła styczna do powierzchni płynu (naprężenie ścinające) powoduje odkształcenie (płynięcie) 30
Szkła Przechłodzona ciecz, w której ruchy uległy zamrożeniu Tzw. przejście szkliste: czas potrzebny na zmianę konfiguracji cząsteczek (czas relaksacji) jest rzędu minut lub dłuższy T g szkła używanego w oknach katedr wynosi ok. 600 C, a czas relaksacji sięga 10 3 lat. 31
Tworzywa sztuczne Spandex: sieciowanie pomiędzy łańcuchami umożliwia pamięć kształtu Rozciąganie elastomeru polega na wzajemnej rekonfiguracji łańcuchów jest procesem termodynamicznym. 3
Plazma Zjonizowana materia (ogrzewanie gazu lub pod wpływem silnego pola elektrycznego) Cząstki naładowane ale całość obojętna Dobrze przewodzi prąd Podobnie jak gaz nie ma kształtu (pojemnik) 33
Plazma Nie ma wiązań ale są oddziaływania, nie ogranicza się do najbliższych sąsiadów, każda z naładowanych cząstek oddziałuje z wieloma innymi cząstkami np. poruszające się ładunki wytarzają prąd a ten pole magnetyczne, które wpływa na inne składniki plazmy 34
Plazma Najbardziej powszechna forma materii!!! Gwiazdy (światło widzialne), przestrzeń międzygalaktyczna (X-ray) Przewodność elektryczna Rozkład prędkości gazy Niska: powietrze jest świetnym izolatorem zamienia się w plazmę dopiero przy polu elektrycznym rzędu 30 kv/cm - wyładowania Wszystkie cząstki zachowują się w taki sam sposób pod wpływem zderzeń oraz pola grawitacyjnego Maxwella prędkości się zmieniają, ale średnio niewiele cząstek ma prędkości duże i również niewiele ma prędkości małe Wysoka plazma Należy rozróżnić elektrony, jony, protony i neutrony - każdy ma inny ładunek elektryczny i pod wieloma względami będzie się inaczej zachowywać (np. Inna temperatura, prędkości) Często nie-maxwellowski zewnętrzne oddziaływanie może prowadzić np. do wyjątkowo licznej populacji wyjątkowo szybkich cząstek Oddziaływania Dwucząsteczkowe zderzenia cząsteczek Grupowe każda z cząstek oddziałuje z wieloma innymi 35
Przejścia między stanami Wielkości makroskopowe charakteryzujące stan ciała: - Objętość - Temperatura - Ciśnienie Sublimacja Resublimacja Diagram fazowy Parowanie / Skraplanie 36