HYDRODYNAMICS: กฎหมายการใช้งานและการออกกำลังกายที่แก้ไขแล้ว - กายภาพ - 2026

อุทกพลศาสตร์เป็นส่วนหนึ่งของไฮโดรลิคที่มุ่งเน้นไปที่การศึกษาของการเคลื่อนไหวของของเหลวและการมีปฏิสัมพันธ์ของของเหลวเคลื่อนที่ข้อ จำกัด ของมัน สำหรับนิรุกติศาสตร์ที่มาของคำอยู่ในภาษาละตินอุทกพลศาสตร์

ชื่อของอุทกพลศาสตร์เกิดจาก Daniel Bernoulli เขาเป็นหนึ่งในนักคณิตศาสตร์คนแรกที่ทำการศึกษาเกี่ยวกับอุทกพลศาสตร์ซึ่งเขาตีพิมพ์ในปี 1738 ในผลงาน Hydrodynamica ของเขา ของเหลวที่เคลื่อนไหวพบได้ในร่างกายมนุษย์เช่นในเลือดที่ไหลเวียนผ่านเส้นเลือดหรืออากาศที่ไหลผ่านปอด

นอกจากนี้ยังพบของเหลวในการใช้งานมากมายทั้งในชีวิตประจำวันและในงานวิศวกรรม ตัวอย่างเช่นในท่อน้ำประปาท่อก๊าซเป็นต้น

ด้วยเหตุนี้ความสำคัญของสาขาฟิสิกส์นี้จึงปรากฏชัดเจน ไม่พบการใช้งานในด้านสุขภาพวิศวกรรมและการก่อสร้างเพื่ออะไร

ในทางกลับกันสิ่งสำคัญคือต้องชี้แจงว่าอุทกพลศาสตร์เป็นส่วนหนึ่งของวิทยาศาสตร์ของชุดวิธีการเมื่อจัดการกับการศึกษาของเหลว

แนวทาง

เมื่อศึกษาของเหลวในการเคลื่อนที่จำเป็นต้องทำการประมาณค่าต่างๆเพื่ออำนวยความสะดวกในการวิเคราะห์

ด้วยวิธีนี้จึงถือว่าของเหลวนั้นไม่สามารถเข้าใจได้ดังนั้นความหนาแน่นจึงยังคงไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การเปลี่ยนแปลงความดัน นอกจากนี้การสูญเสียพลังงานของไหลที่มีความหนืดจะถือว่าน้อยมาก

สุดท้ายสันนิษฐานว่าการไหลของของเหลวเกิดขึ้นในสภาวะคงที่ นั่นคือความเร็วของอนุภาคทั้งหมดที่ผ่านจุดเดียวกันจะเท่ากันเสมอ

กฎของอุทกพลศาสตร์

กฎทางคณิตศาสตร์หลักที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของของเหลวตลอดจนปริมาณที่สำคัญที่สุดที่ต้องพิจารณาสรุปได้ในส่วนต่อไปนี้:

สมการความต่อเนื่อง

ที่จริงแล้วสมการความต่อเนื่องคือสมการสำหรับการอนุรักษ์มวล สรุปได้ดังนี้

ด้วยท่อและกำหนดสองส่วน S ₁และ S ₂เรามีของเหลวหมุนเวียนที่ความเร็ว V ₁และ V ₂ตามลำดับ

หากส่วนที่เชื่อมต่อทั้งสองส่วนไม่ก่อให้เกิดปัจจัยการผลิตหรือปริมาณการใช้ก็สามารถระบุได้ว่าปริมาณของของเหลวที่ผ่านส่วนแรกในหน่วยเวลา (ซึ่งเรียกว่าการไหลของมวล) นั้นเท่ากันกับที่ผ่าน ส่วนที่สอง

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของกฎนี้มีดังต่อไปนี้:

v ₁ ∙ S ₁ = v ₂ ∙ S ₂

หลักการของ Bernoulli

หลักการนี้กำหนดว่าของไหลในอุดมคติ (ไม่มีแรงเสียดทานหรือความหนืด) ที่อยู่ในระบบการไหลเวียนผ่านท่อปิดจะมีพลังงานคงที่ในเส้นทางเสมอ

สมการของเบอร์นูลลีซึ่งไม่ใช่อะไรอื่นนอกจากนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของทฤษฎีบทของเขาแสดงดังนี้:

v ² ∙ƿ / 2 + P + ƿ∙ g ∙ z = ค่าคงที่

ในนิพจน์นี้ v แทนความเร็วของของเหลวผ่านส่วนที่พิจารณาƿคือความหนาแน่นของของเหลว P คือความดันของของเหลว g คือค่าของความเร่งของแรงโน้มถ่วงและ z คือความสูงที่วัดได้ในทิศทางของ แรงดึงดูด

กฎของ Torricelli

ทฤษฎีบทของ Torricelli กฎของ Torricelli หรือหลักการของ Torricelli ประกอบด้วยการปรับหลักการของ Bernoulli ให้เข้ากับกรณีเฉพาะ

โดยเฉพาะอย่างยิ่งการศึกษาวิธีการที่ของเหลวที่อยู่ในภาชนะบรรจุทำงานเมื่อมันเคลื่อนที่ผ่านรูเล็ก ๆ ภายใต้แรงโน้มถ่วง

หลักการสามารถระบุได้ในลักษณะต่อไปนี้: ความเร็วของการเคลื่อนที่ของของเหลวในภาชนะที่มีช่องปากคือสิ่งที่ร่างกายใด ๆ ที่ตกอยู่ในสุญญากาศอย่างอิสระจะมีจากระดับที่ของเหลวอยู่ถึงจุดที่ ซึ่งเป็นจุดศูนย์ถ่วงของหลุม

ในทางคณิตศาสตร์ในเวอร์ชันที่ง่ายที่สุดสรุปได้ดังนี้:

V _r = √2gh

ในสมการนี้ V _rคือความเร็วเฉลี่ยของของเหลวเมื่อออกจากหลุม g คือความเร่งของแรงโน้มถ่วงและ h คือระยะทางจากจุดศูนย์กลางของรูถึงระนาบของพื้นผิวของเหลว

การประยุกต์ใช้งาน

การใช้งานอุทกพลศาสตร์พบได้ทั้งในชีวิตประจำวันและในสาขาต่างๆเช่นวิศวกรรมการก่อสร้างและการแพทย์

ด้วยวิธีนี้อุทกพลศาสตร์ถูกนำไปใช้ในการออกแบบเขื่อน ตัวอย่างเช่นเพื่อศึกษาการบรรเทาของสิ่งเดียวกันหรือเพื่อทราบความหนาที่จำเป็นสำหรับผนัง

ในทำนองเดียวกันใช้ในการก่อสร้างคลองและท่อระบายน้ำหรือในการออกแบบระบบน้ำประปาของบ้าน

มีการประยุกต์ใช้ในการบินในการศึกษาเงื่อนไขที่เอื้อต่อการบินขึ้น - ลงของเครื่องบินและในการออกแบบตัวเรือ

การออกกำลังกายได้รับการแก้ไข

ท่อที่ของเหลวที่มีความหนาแน่น 1.30 ∙ 10 ³ Kg / m ³ไหลเวียนในแนวนอนโดยมีความสูงเริ่มต้น z ₀ = 0 ม. เพื่อเอาชนะอุปสรรคท่อจะสูงถึง z ₁ = 1.00 ม. หน้าตัดของท่อยังคงที่

รู้ความดันที่ระดับล่าง (P ₀ = 1.50 atm) กำหนดความดันที่ระดับบน

คุณสามารถแก้ปัญหาได้โดยใช้หลักการของ Bernoulli ดังนั้นคุณต้อง:

v ₁ ² ∙ƿ / 2 + P ₁ + ƿ∙ g ∙ z ₁ = v ₀ ² ∙ƿ / 2 + P ₀ + ƿ∙ g ∙ z ₀

เนื่องจากความเร็วคงที่จึงลดเป็น:

P ₁ + ƿ∙ g ∙ z ₁ = P ₀ + ƿ∙ g ∙ z ₀

โดยการแทนที่และการล้างคุณจะได้รับ:

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

อ้างอิง

1. อุทกพลศาสตร์ (ND) บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2018 จาก es.wikipedia.org.
2. ทฤษฎีบทของ Torricelli (ND) บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2018 จาก es.wikipedia.org.
3. แบตเชเลอร์ GK (2510) บทนำสู่พลวัตของไหล สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
4. แกะ, H. (1993). Hydrodynamics (6th ed.). สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
5. มอตต์โรเบิร์ต (2539) กลศาสตร์ของไหลประยุกต์ (ฉบับที่ 4) เม็กซิโก: การศึกษาของเพียร์สัน.