CAPITOLUL 1
PROPRIETĂŢILE FLUIDELOR
1.1. NOŢIUNI GENERALE
Mecanica fluidelor este o ramură a mecanicii mediilor continue. Mecanica mediilor contiinue studiază fenomenele din universul fizic asociate corpurilor înzestrate cu structură de mediu continuu. Prin mediu continuu, se înţelege acel corp, care supus unui proces infinit de divizare, conduce la părţi care păstrează întocmai proprietăţile întregului care le-a generat prin diviziune.
Materia, deci şi corpurile fluide, are o structură discontinuă fiind alcătuită din atomi şi molecule. Atunci când procesul de divizare ajunge în intimitatea acestora, părţile rezultate (electroni, protoni, neutroni etc.), având dimensiuni foarte mici (raza nucleului unui atom are ordinul de mărime 10-15 m), au proprietăţi diferite de cele ale corpurilor din care au făcut parte. Datorită faptului că mecanica fluidelor studiază fenomene care se produc la scară macroscopică (adică se referă la porţiuni de fluid cu dimensiuni mult mai mari decât cele ale atomului), se poate admite ipoteza continuităţii conform căreia un fluid are o structură continuă la orice nivel.
Corpurile fluide sunt acele medii, înzestrate cu proprietatea de a se deforma în mod continuu şi nelimitat, sub acţiunea unor forţe (oricât de mici ar fi acestea), distribuite în mod uniform. Această proprietate poartă numele de fluiditate.
În clasa corpurilor fluide se disting două subclase: lichide şi gaze.
Lichidele, fără a se opune la orice deformare, conform proprietăţii de fluiditate, sunt puţin compresibile, adică, pentru a-şi micşora volumul, trebuie supuse la forţe de compresiune mari. Aceasta se datorează eforturilor moleculare dezvoltate, care se opun la apropierea moleculelor.
Lichidele comprimate revin la volumul lor iniţial îndată ce încetează comprimarea, comportându-se din acest punct de vedere, ca nişte corpuri perfect elastice, care au un volum bine determinat şi iau forma vaselor în care sunt introduse.
Gazele sunt puternic compresibile, neavând formă şi volum determinat. Datorită faptului că ele umplu în întregime spaţiul care le stă la dispoziţie, nu pot rămâne în repaus decât în recipiente închise. Spre deosebire de lichide, care la comprimare se comportă perfect elastic, gazele au această proprietate atât la comprimare cât şi la destindere.
Mecanica fluidelor, studiază repausul şi mişcarea corpurilor fluide, precum şi interacţiunea lor mecanică cu corpurile solide cu care vin în contact.
1.1.1. Modelul de fluid
Ca toate fenomenele fizice, miscarea unui fluid, este deosebit de complexă, motiv pentru care, considerarea simultană a tuturor factorilor care o influenţează, ar duce la o formulare matematică deosebit de complexă. De aceea, fenomenele reale sunt aproximate prin eliminarea factorilor mai puţin importanţi şi păstrarea numai a acelora cu rol determinant în desfăşurarea fenomenului. Această simplificare, permite crearea unor sisteme teoretice, numite modele. Complexitatea acestora a evoluat odată cu a suportului matematic ce permite studiul lor. Astfel există modelul de fluid ideal (perfect), de fluid vâscos în mişcare laminară, de fluid vâscos în mişcare turbulentă, de fluid ne-newtonian (reologic), etc.
Toate modelele de fluid create, au la bază, ca aproximare necesară, ipoteza continuităţii mediului fluid. Totuşi, fluidul nu poate fi considerat în orice condiţii un mediu continuu. Criteriul fizic de stabilire a continuitaţii, este numărul lui Kundsen Ku=/L, unde este lungimea liberului parcurs molecular, adică distanţa medie (statistică) parcursă de molecule între două ciocniri consecutive (=10-7m), iar L este o dimensiune a corpului. Cercetările au arătat că pentru u>0,1, fluidul poate fi considerat un mediu continuu. Această ipoteză, este acceptată, deoarece fenomenele studiate în mecanica fluidelor, au un caracter macroscopic. De aceea, se poate admite că un fluid are o structură continuă la orice nivel. În baza acestei ipoteze se presupune că toate mărimile asociate fluidului (densitate, presiune, temperatură, viteză) sunt funcţii continue în tot domeniul ocupat de fluid. Un astfel de corp, care are şi această proprietate, se numeşte mediu continuu deformabil.
Se va numi element de fluid (sau particulă fluidă), cea mai mică porţiune dintr-un domeniu de fluid, care poate fi analizată în condiţiile menţinerii ipotezei continuităţii acesteia. Ea are dimensiuni infinitezimale şi va fi reperată în spaţiu prin poziţia centrului său de masă.
Cursuri mecanica fluidelor, la universitatea tehnica din cluj-napoca-poli
Documentul este oferit gratuit,
trebuie doar să te autentifici in contul tău.
