ve fyzice má tok tekutin všechny druhy aspektů — stabilní nebo nestabilní, stlačitelný nebo nestlačitelný, viskózní nebo neviskózní a rotační nebo irrotační, abychom jmenovali alespoň některé. Některé z těchto vlastností odrážejí vlastnosti samotné kapaliny a jiné se zaměřují na to, jak se tekutina pohybuje.
Všimněte si, že tok tekutin může být velmi složitý, když se stane turbulentním. Fyzici nevyvinuli žádné elegantní rovnice, které by popisovaly turbulenci, protože to, jak turbulence funguje, závisí na individuálním systému-ať už máte vodu kaskádovitou potrubím nebo vzduch proudící z proudového motoru. Obvykle se musíte uchýlit k počítačům, abyste zvládli problémy, které zahrnují turbulenci tekutin.
rovnoměrnost tekutin: stálý nebo nestabilní tok
tok tekutin může být stálý nebo nestabilní v závislosti na rychlosti tekutiny:
-
klid. V ustáleném toku tekutiny je rychlost tekutiny konstantní v kterémkoli bodě.
-
nestabilní. Když je tok nestabilní, rychlost tekutiny se může lišit mezi libovolnými dvěma body.
Předpokládejme například, že sedíte vedle potoka a všimněte si, že průtok vody není stabilní: vidíte víry a zpětné proplachování a všechny druhy víření. Představte si vektory rychlosti pro sto bodů ve vodě a získáte dobrý obrázek nestabilního toku — vektory rychlosti mohou směřovat po celé mapě, i když vektory rychlosti obecně sledují celkový průměrný průtok proudu.
stlačitelnost kapaliny: Stlačitelný nebo nestlačitelný průtok
průtok tekutiny může být stlačitelný nebo nestlačitelný v závislosti na tom, zda můžete kapalinu snadno stlačit. Kapaliny jsou obvykle téměř nemožné stlačit, zatímco plyny (také považovány za tekutinu) jsou velmi stlačitelné.
hydraulický systém funguje pouze proto, že kapaliny jsou nestlačitelné — to znamená, že když zvýšíte tlak na jednom místě v hydraulickém systému, tlak se zvýší tak, aby odpovídal všude v celém systému. Plyny, na druhé straně, jsou velmi stlačitelné-i když je pneumatika vašeho kola natažena na hranici, stále do ní můžete pumpovat více vzduchu zatlačením pístu dolů a jeho stlačením.
tloušťka kapaliny: viskózní nebo neviskózní tok
tok kapaliny může být viskózní nebo neviskózní. Viskozita je měřítkem tloušťky tekutiny a velmi lepkavé tekutiny, jako je motorový olej nebo šampon, se nazývají viskózní tekutiny.
viskozita je ve skutečnosti měřítkem tření v tekutině. Když tekutina proudí, vrstvy tekutiny se otírají o sebe a ve velmi viskózních tekutinách je tření tak velké,že vrstvy toku táhnou proti sobě a brání tomuto toku.
viskozita se obvykle mění s teplotou, protože když se molekuly tekutiny pohybují rychleji (když je tekutina teplejší), molekuly se mohou snadněji klouzat přes sebe. Takže když vylijete palačinkový sirup, například si můžete všimnout, že je v láhvi velmi hustý, ale sirup se stává docela runny, když se šíří přes teplé palačinky a zahřívá se.
Fluid spinning: Rotační nebo irrotační tok
tok tekutiny může být rotační nebo irrotační. Pokud při cestování v uzavřené smyčce sečtete všechny složky vektorů rychlosti tekutiny podél vaší cesty a konečný výsledek není nulový, pak je tok rotační.
Chcete-li otestovat, zda má tok rotační složku, můžete do toku vložit malý předmět a nechat jej přenášet. Pokud se malý objekt točí, tok je rotační; pokud se objekt neotáčí, tok je irrotační.
podívejte se například na vodu tekoucí v potoce. Krouží kolem kamenů a krouží kolem překážek. Na takových místech má průtok vody rotační složku.
některé toky, o kterých si můžete myslet, že jsou rotační, jsou ve skutečnosti irrotační. Například, daleko od středu, vír je vlastně irrotační tok! Můžete to vidět, když se podíváte na vodu vytékající z vaší vany. Pokud do toku umístíte malý plovoucí objekt, jde kolem otvoru zástrčky, ale netočí se kolem sebe; proto je tok irrotační.
na druhé straně toky, které nemají zjevnou rotaci, mohou být ve skutečnosti rotační. Vezměte například smykový tok. Ve smykovém proudu se veškerá tekutina pohybuje stejným směrem, ale tekutina se pohybuje rychleji na jedné straně. Předpokládejme, že tekutina se pohybuje rychleji vlevo než vpravo. Tekutina se vůbec nepohybuje v kruhu, ale pokud do tohoto toku umístíte malý plovoucí objekt, tok na levé straně objektu je o něco rychlejší, takže se objekt začne otáčet. Průtok je rotační.