în fizică, fluxul de fluid are tot felul de aspecte — constant sau instabil, compresibil sau incompresibil, vâscos sau neviscos și rotativ sau irrotațional, pentru a numi câteva. Unele dintre aceste caracteristici reflectă proprietățile lichidului în sine, iar altele se concentrează asupra modului în care fluidul se mișcă.
rețineți că fluxul de fluid poate deveni foarte complex atunci când devine turbulent. Fizicienii nu au dezvoltat nicio ecuație elegantă pentru a descrie turbulența, deoarece modul în care funcționează turbulența depinde de sistemul individual — indiferent dacă apa curge printr-o conductă sau aerul curge dintr-un motor cu reacție. De obicei, trebuie să recurgeți la computere pentru a face față problemelor care implică turbulențe de lichide.
uniformitatea fluidului: flux constant sau instabil
fluxul de Fluid poate fi constant sau instabil, în funcție de viteza fluidului:
-
ușurel. În fluxul constant de fluid, viteza fluidului este constantă în orice punct.
-
instabil. Când debitul este instabil, viteza fluidului poate diferi între oricare două puncte.
de exemplu, să presupunem că stai lângă un pârâu și observi că debitul de apă nu este constant: vezi vârtejuri și spălare din spate și tot felul de învârtiri. Imaginați-vă vectori de viteză pentru o sută de puncte în apă și veți obține o imagine bună a debitului instabil — vectorii de viteză pot fi indicați pe toată harta, deși vectorii de viteză urmează în general fluxul mediu general al fluxului.
stoarcerea fluidelor: Fluxul compresibil sau incompresibil
fluxul de Fluid poate fi compresibil sau incompresibil, în funcție de posibilitatea comprimării cu ușurință a fluidului. Lichidele sunt de obicei aproape imposibil de comprimat, în timp ce gazele (considerate, de asemenea, un fluid) sunt foarte compresibile.
un sistem hidraulic funcționează numai pentru că lichidele sunt incompresibile — adică atunci când creșteți presiunea într-o singură locație din sistemul hidraulic, presiunea crește pentru a se potrivi peste tot în întregul sistem. Gazele, pe de altă parte, sunt foarte compresibile — chiar și atunci când anvelopa bicicletei este întinsă la limita sa, puteți totuși să pompați mai mult aer în ea împingând pistonul în jos și strângându-l.
grosimea fluidului: Flux vâscos sau neviscos
fluxul de lichid poate fi vâscos sau neviscos. Vâscozitatea este o măsură a grosimii unui fluid, iar fluidele foarte lipicioase, cum ar fi uleiul de motor sau șamponul, se numesc fluide vâscoase.
vâscozitatea este de fapt o măsură a frecării în fluid. Când un fluid curge, straturile de lichid se freacă unul de celălalt, iar în fluide foarte vâscoase, fricțiunea este atât de mare încât straturile de flux se trag unul împotriva celuilalt și împiedică acel flux.
vâscozitatea variază de obicei în funcție de temperatură, deoarece atunci când moleculele unui fluid se mișcă mai repede (când fluidul este mai cald), moleculele pot aluneca mai ușor una peste cealaltă. Deci, atunci când turnați sirop de clătite, de exemplu, puteți observa că este foarte gros în sticlă, dar siropul devine destul de curgător atunci când se răspândește peste clătitele calde și se încălzește.
filare fluidă: Fluxul rotativ sau irotațional
fluxul de Fluid poate fi rotativ sau irotațional. Dacă, pe măsură ce călătoriți într-o buclă închisă, adăugați toate componentele vectorilor de viteză a fluidului de-a lungul căii dvs. și rezultatul final nu este zero, atunci fluxul este rotativ.
pentru a testa dacă un flux are o componentă de rotație, puteți pune un obiect mic în flux și lăsați fluxul să-l transporte. Dacă obiectul mic se învârte, fluxul este rotativ; dacă obiectul nu se rotește, fluxul este irotațional.
de exemplu, uitați-vă la apa care curge într-un pârâu. Se învârte în jurul pietrelor, se învârte în jurul obstacolelor. În astfel de locații, debitul de apă are o componentă rotativă.
unele fluxuri despre care ați putea crede că sunt rotative sunt de fapt irotaționale. De exemplu, departe de centru, un vortex este de fapt un flux irotațional! Puteți vedea acest lucru dacă vă uitați la apa care se scurge din cadă. Dacă plasați un mic obiect plutitor în flux, acesta se învârte în jurul orificiului dopului, dar nu se rotește în jurul său; prin urmare, fluxul este irotațional.
pe de altă parte, fluxurile care nu au o rotație aparentă pot fi de fapt rotative. Luați un flux de forfecare, de exemplu. Într-un flux de forfecare, tot fluidul se mișcă în aceeași direcție, dar fluidul se mișcă mai repede pe o parte. Să presupunem că fluidul se mișcă mai repede în stânga decât în dreapta. Fluidul nu se mișcă deloc într-un cerc, dar dacă plasați un mic obiect plutitor în acest flux, fluxul din partea stângă a obiectului este puțin mai rapid, astfel încât obiectul începe să se rotească. Fluxul este rotativ.