Hidrodinamika Folyadékok mozgása

A folyadék tulajdonságai A folyékony anyagok nem töltik ki teljes mértékben a rendelkezésre álló teret. Gondoljunk egy félig megtöltött üvegre vagy nyitott edényben lévő vízre! Ez azt jelenti, hogy a folyadékban lévő atomok és molekulák közötti vonzóerő elég nagy ahhoz, hogy együtt tartsa őket. Egyszerű hétköznapi tapasztalat, hogy a nyugvó folyadékok mindig felveszik a tároló edény alakját, és szabad felszínük mindig vízszintes. Ezekből a megfigyelésekből arra következtetünk, hogy a folyadékot alkotó atomok és molekulák nincsenek helyhez kötve, képesek egymáshoz képest elmozdulni.

Közlekedőedények Az egymással valamilyen módon összeköttetésben lévő tartályokban a nyomás kiegyenlítődik, ha a folyadék szabadon áramolhat. Ilyenkor a nyugvó folyadék minden tartályban azonos magasságban áll. Egyensúly csak akkor alakulhat ki az U alakú cső két szárában, ha a szárakban a hidrosztatikai nyomások egyenlők.

A folyadék tulajdonságai Kísérlet: Töltsünk meg egy műanyag fecskendőt vízzel, fogjuk be a fecskendő nyílását, és próbáljuk benyomni a dugattyút! Nem járunk sikerrel. A kísérlet alapján azt mondhatjuk, hogy a folyadékban a részecskék szorosan egymás mellett vannak, s közönséges erőkkel nem tudjuk összébb préselni őket. Ezt úgy fogalmazzuk meg, hogy a folyadék összenyomhatatlan.

Pascal törvénye Zárt térben lévő folyadékban vagy gázban a külső erő okozta nyomás minden irányban gyengítetlenül tovaterjed. Ez Pascal törvénye. Ha egy edényben lévő folyadék felszínére dugattyú segítségével nyomóerőt fejtünk ki, akkor ennek hatása az edény minden falának minden pontján azonos mértékben jelentkezik. Kísérlet: Ennek kimutatására használatos eszköz a Pascal-féle vízi buzogány, ami apró lyukakkal ellátott lombik, amelynek szárában dugattyú mozoghat. Ha a lombikot teleszívjuk vízzel, majd a kádból kiemelve a dugattyút benyomjuk, a víz minden lyukon egyenlő mértékben áramlik kifelé.

Pascal törvényének bemutatása http://cms.sulinet.hu/get/d/216aa506-827e-4706-8d33-64ce78ba7b29/1/6/b/normal_h264/video.mp4

A hidraulikus emelő Igen elterjedtek az úgynevezett hidraulikus eszközök, amelyek működése a Pascal-törvényen alapul. http://cms.sulinet.hu/get/d/d4f9f96e-266e-45cf-99c4-8d4e2b86f1f4/1/6/b/Normal/7-4-4-2.swf

A hidrosztatikai nyomás Kísérlet: Alul gumihártyával lezárt üvegcsőbe öntsünk vizet! A gumit alul kidomborodni látjuk. A gumira a felette lévő folyadékoszlop súlya fejt ki erőt, ez okozza az alakváltozást. A nyomóerő nyomást fejt ki a lapra. A folyadék súlyából származó nyomást hidrosztatikai nyomásnak nevezzük.

Manométer http://cms.sulinet.hu/get/d/8d9aa599-1493-4f0a-8f78-18d7aa683668/1/4/b/normal_h264/video.mp4

Arkhimédész törvénye A felhajtóerő nagyságára vonatkozó törvény: Minden folyadékba merülő testre felhajtóerő hat. Ez az erő a test által kiszorított folyadék súlyával egyenlő. http://cms.sulinet.hu/get/d/e2ba26a0-4c76-4b5b-a1a1-a13e006f44bb/1/6/b/normal_h264/video.mp4

A folytonossági törvény Az áramlásokat vizsgálva azt tapasztaljuk, hogy az akadályok mellett az áramvonalak sűrűsödnek, miközben ugyanitt a folyadék áramlása felgyorsul. Ez abból következik, hogy állandósult áramlásnál - a folyadékok összenyomhatatlansága miatt - kisebb keresztmetszeten kell ugyanolyan térfogatmennyiségnek átfolynia. Ez pedig gyorsabb áthaladási sebességet követel meg. Ez az áramló folyadékok egyik fontos törvénye, amelyet folytonossági törvénynek nevezünk. Összenyomhatatlan folyadékok állandósult áramlásakor az áramlási cső keresztmetszete és az áramlás sebessége egymással fordítottan arányos. http://cms.sulinet.hu/get/d/bccdf79f-9823-48d1-bcba-632505f588bd/1/5/b/Normal/kontinuitas.swf

Molekuláris erők folyadékokban A kohéziós erő: Egy anyag részecskéi között fellépő vonzóerőt kohéziós erőnek nevezzük. Az adhéziós erő: A különböző anyagi minőségű, egymással érintkező testek részecskéi között fellépő erőhatásokat adhéziós erőknek nevezzük. A nedvesítő tulajdonság: A vízrészecskék közötti kohéziós erők kisebbek, mint a víz és az üveg között fellépő adhéziós erők, míg a higany esetében mindez pontosan fordítva van. Mindezt úgy is szoktuk fogalmazni, hogy a víz nedvesíti, a higany nem nedvesíti az üveget. A nedvesítő tulajdonság tehát az adhéziós és kohéziós erők viszonyán múlik. A nedvesítés mindig a két anyag egymáshoz viszonyított tulajdonsága.

A folyadék részecskéi vonzzák egymást http://cms.sulinet.hu/get/d/d2edc7ee-5143-463b-a569-77e26f91ba1a/1/6/b/normal_h264/video.mp4

Folyadékfelszín az edény falánál Kísérlet: Öntsünk üvegkádba vizet! A nyugvó folyadék felszíne vízszintes. A fal közelében azonban a felszín homorúvá válik, a víz felszalad az üvegfalra. Ez a jelenség is a víz nedvesítő tulajdonságával magyarázható. Ha a kísérletet higannyal ismételjük meg, az üveg közelében a felszín domborúvá válik. A higany nem nedvesíti az üveget.

Bernoulli törvény A Bernoulli-törvény: Ha az áramló folyadék vagy gáz sebessége nő, nyomása lecsökken. Kísérlet: Áramoltassunk változó keresztmetszetű áramlási csövön keresztül folyadékot, és mérjük az oldalfalra ható nyomást! A manométerként szolgáló csövek a nagyobb keresztmetszetű helyeken - ahol a kontinuitási törvény szerint a sebesség kisebb - nagyobb nyomást mérnek, mint a kisebb keresztmetszetű helyeken.

Források http://tudasbazis.sulinet.hu

Készítette Széll Viktor 10.c