Testmozgás folyadékban

7.1. Ábra - Erők hatása a folyadékot mozgó testre

Tekintsük az erő összetevőit:

- erő. A test mozgásával ellentétes irányba az elülső ellenállás erejének nevezik;

- erő. amely az erõemelõ erõ vektorára merõleges.

Ha a testnek szimmetrikus alakja van, akkor az feltétel teljesül. Az ideális folyadékban, ahol nincs viszkozitás, a test egyenletes mozgása húzás nélkül történjen. .

Ha a folyadék valóságos és viszkozitása van, akkor egy vékony folyadékréteg ragaszkodik a test felszínéhez és mozog vele, majd a súrlódás következtében a következő rétegeket húzza. Ahogy elmozdulsz a test felszínéről, a rétegek sebessége kisebb lesz, és a test felszínétől bizonyos távolságban a szervezet gyakorlatilag zavart mozgása.

Így a testet egy folyadékréteg veszi körül, ahol van egy sebességi gradiens. Ez a réteg a határoló réteg. Súrlódási erőkként működik, amelyek a testre gyakorolnak és az elülső ellenállás megjelenéséhez vezetnek.

A határoló réteg jelenlétében, amint a 7.2. Ábrán látható, a test teljes áramlása nem lehetséges.

7.3 ábra - A csepp alakú test körüli áramlás

A súrlódással szembeni ellenállás és a nyomásállóság közötti összefüggést a Reynolds-szám (6.7) határozza meg. Ebben az esetben:

- ha a Reynolds-szám kicsi, akkor a súrlódással szembeni ellenállás játssza a fő szerepet, és a nyomással szembeni ellenállás elhanyagolható;

- Ahogy az érték növekszik, a nyomásállóság szerepe növekszik;

- ha a szám nagy, a fő szerepet játszik a nyomásállóság. A súrlódással szembeni ellenállás kevés szerepet játszik.

7.2 A Stokes képlet

Ha a szám kicsi, akkor a test sebessége a folyadékhoz és a test geometriai méreteihez képest kicsi. Ebben az esetben a folyadék ellenállása csak súrlódási erőknek köszönhető. Ebben az esetben a húzóerő modulus közvetlenül arányos a folyadék viszkozitásával. a bejövő áramlás sebessége és a test lineáris méretei. Ezért a golyó mozgása alacsony sebességű folyadékban való ellenállásának ereje

A kifejezésben (7.1) a mennyiség a gömb sugara, maga a kifejezés a Stokes-képlet.

Tekintsük a 7.4 ábrát, ahol a folyékony gömb függőlegesen mozog

le. Egy függőlegesen lebegő labdán

lefelé (a folyadékban), három lesz

Archimedes erő;

7.4 ábra - Golyós mozgás A Stokes erő a folyadék sebességétől függ,

a i. .

Amikor a labda elér egy bizonyos sebességet. a feltétel teljesül. Ezért a golyó állandó sebességgel süllyed, azaz . A sebesség értékét a 7. ábrán alapuló gömbön ható erők arányából lehet kiszámítani:

Ha a kifejezés az erőmodul értékét helyettesíti, feltéve, hogy. kapunk:

Ezért a sebesség értékét fejezzük ki:

7.3 Emelőerő

Emelőerő megjelenéséhez a folyadék viszkozitása nem túl fontos.

7.5 ábra - Az emelőerő emelkedésének folyamata

Amint az az ábrán látható, az áramvonalak vastagabbak, mint az alsó, így a felülről érkező nyomás kisebb lesz, mint az alsó, és ezért a nyomáskülönbség miatt emelkedés történik.

Az emelőerő nemcsak ideális folyadékban, hanem viszkozitású folyadékban is előfordul.

Kapcsolódó cikkek