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.