Mechanika kapalin a plynů Flashcards
Pojem ideální tekutina, ideální kapalina a ideální plyn
ideální tekutina
- nemá žádný odpor vůči pohybu, její hustota se nemění bez ohledu na tlak, nebrání se změně tvaru a je dokonale tekutá
ideální kapalina
- je dokonale tekutá, bez vnitřního tření a zcela nestlačitelná (destilovaná voda)
ideální plyn
- dokonale tekutý, bez vnitřního tření a dokonale stlačitelný
Tlak v kapalinách a plynech (definice, měření)
- stejná síla, menší plocha ->větší tlak
- tlak je skalární fyz. velicična, která určuje v libovolném místě stav tekutiny v klidu
- v kapalině funguje hydrostatický tlak, vyvolaný tíhou kapaliny
- jestliže budeme kapalinu v nádobě stlačovat vnější silou, vyvoláme tlak
- výsledný tlak v kapalině se bude rovnatg součtu hydrostatického tlaku a tlaku vyvolaného vnější silou
def: 1 Pa je tlak, který vyvolává stálá síla 1 N rovnoměrně rozložená na ploše o obsahu 1 m2, kolmé na směr síly
Měření tlaku: (MANOMETRY)
- otevřený
- Deformační (kovový)
Tlak vyvolaný vnější silou (Pascalův zákon, hydraulická a pneumatická zařízení)
TUHÉ TĚLESO - tlak vyvolaný na tuhé těleso se přenese ve směru vektoru síly
KAPALNÉ TĚLESO - tlak se díky tekutosti šíří všemi směry, kolmo ke stěnám nádoby
Pascalův zákon
- tlak vyvolaný vnější silou, která působí na kapalné těleso v uzavřené nádobě, je ve všech místech kapaliny stejný.
- platí i pro plyny (hydraulická a pneumatická zařízení)
Hydraulická zařízení
- působící síly a poměry ploch
- na užší píst působíme silou ->vyvolá sílu, který podle Pascalova zákona je všude stejný -> i v druhém pístu, tam působí kapalina vztalkovou sílu, která je to tolikrát větší, kolikrát větší je obsah průřezu širšíhho pístu (lis, zvedák, brzdy aut) F1/F2 = S1/S2
Pneumatická zařízení
- stejné jak hydraulická zařízení, ale talk se přenáší stlačeným vzduchem (kompresor, brzdy vlaků, vrtačky)
Hydrostatický a atmosférický tlak (hydrostatický paradoxon, Torricelliho pokus)
Hydrostatický tlak (koukni na ten papír pro více infa, není tu vše)
- tlak vyvolaný hydrostatickou tlakovou silou
- HLADINA, VOLNÁ HLADINA, SPOJENÉ NÁÍDOBY ph = (ró) . h .g
Hydrostatický paradox
- velikost Fh působí na dno nádoby, je závislá na hustotě kapaliny, obsahu dna a na hloubce pod volným povrchem kaapaliny
- velikost Fh není závislá na tvaru nádoby a clekovém objemu kapaliny (toto je ten hydrostat. paradox)
atmosférický tlak (koukni na ten papír pro více infa, není tu vše)
- tlak vyvolaný atmos. tlakovou silou
- závisí na nadmořské výšce
- měření: barometry, rtťový tlakoměr, aneroid, barograf
TORRICELLIHO POKUS
- dokazuje exitenci vakua, že atmosférický tlak působí na všechny předměty v atmosféře
- hodnota atmos. tlaku je rovna hodnotě hydro. tlaku rtuťového sloupce v Torricelliho trubici
- koukni se na přůběh
Vztlaková síla v kapalinách a plynech (Archimédův zákon, plování těles a hustoměry)
vztlaková síla
- sila, která nadlehčuje každé těleso ponořené do kapaliny (nebo do plynu)
- působí proti směru tíhové síly (svislý směr vzhůru)
- důsledkem působení hdrost. tlak . sil na povrch tělesa
Archimédův zákon
- těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou silou, jejíž velikost se rovná tíze kapaliny stejného objemu, jako je objem ponořené části tělesa
Pohyby těles ve vodě:
1. těleso klesá ke dnu ρt > ρ FG > Fvz
2. těleso se v kapalině volně vznáší ρt = ρ FG = Fvz
3. těleso stoupá k hladině ρt < ρ FG < Fvz
4. těleso plove FG = Fvz’ (spešl případ kdy tělesou pořád stoupá k hladině)
Hustoměry
- používají se k měření hustoty kapalin, jsou založeny na různém ponoru těles v závislosti na hustotě kapalin
Proudění ideálních kapalin a plynů (zzákladní pojmy, rovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice - podtlak, hydrodynamický paradoxon, výtoková rychlost)
tato otázka je rozdělena mezi 8 kartiček, (informační kartička)
Proudění reálné kapaliny
Laminární proudění
je proudění reálné tekutiny, při kterém jednotlivé vrstvy tekutiny proudí vedle sebe, aniž se promíchávají, a rychlost částic se podél vrstev mění jen pozvolna
je proudění tekutiny o malé rychlosti v trubici, při němž jsou proudnice rovnoběžné a rychlost proudění pozvolna stoupá od okraje trubice, kde je nejmenší, ke středu trubice, kde je největší
Turbulentní proudění
je proudění reálné tekutiny o větších rychlostech, při kterém dochází k turbulencím, tj.chaotickým změnám rychlosti prouděním, hustoty a tlaku tekutiny
při turbulentním proudění se proudnice chaoticky mění, zakřivují a spirálovitě zatáčejí - dochází ke tvoření virů
Obtékání tělesa reálnou tekutinou (odporová sílá, letání)
Obtékání těles
Odporové síly – při pohybu tělesa v reálné kapalině nebo plynu vznikají odporové síly působící proti směru pohybu. Tyto síly jsou způsobeny:
Vnitřním třením a turbulencemi.
Na pohybující se těleso působí dva typy odporových sil:
Stokesova síla
– vyvolaná vnitřním třením.
Newtonova síla
– vzniká při vyšších rychlostech, kdy dochází k odporem vzduchu před tělesem a víření za ním.
Laminární proudění – při menších rychlostech tělesa je proudění kolem něj laminární, projevuje se jen Stokesova síla, zatímco Newtonova síla nevzniká.
Létání a vztlaková síla
Křídlo obtékané vzduchem:
Vzduch nad horní stěnou křídla má vyšší rychlost než vzduch pod dolní stěnou, což vytváří podtlak nad horní stěnou.
Úhel náběhu (α > 0) způsobuje tlak na dolní stěnu křídla.
Vztlaková síla
– vzniká působením podtlaku nad křídlem a tlaku pod křídlem. Působí směrem vzhůru proti tíhové síle a udržuje letadlo ve vzduchu.
Odporová síla
– směřuje proti pohybu a je překonávána tažnou silou motorů letadla.
Co je proudění a jaké jsou jeho druhy?
Proudění je pohyb kapaliny nebo plynu převažující v jednom směru (např. v potrubí). Druhy proudění:
Stacionární (ustálené): Rychlost částic tekutiny je v každém místě stálá, nemění se s časem.
Nestacionární: Rychlost částic tekutiny v čase se mění.
Co je to proudnice?
Proudnice je myšlená čára, jejíž tečna v každém bodě odpovídá směru rychlosti pohybující se částice tekutiny.
K čemu slouží Bernoulliho rovnice a co vyjadřuje?
Bernoulliho rovnice popisuje ustálené proudění ideální kapaliny a vychází ze zákona zachování mechanické energie. Vyjadřuje, že celková energie (součet kinetické a tlakové potenciální energie) je v každém místě vodorovné trubice konstantní.
Jaký tvar má Bernoulliho rovnice pro vodorovnou trubici s nestejnými průřezy?
Bernoulliho rovnice ve vodorovné trubici:
p + 1/2(ró)v2 = konst.
Dynamický tlak: Měří se Pilotovou trubicí (natočenou proti směru proudění).
Co vyjadřuje rovnice kontinuity?
Rovnice kontinuity vychází ze zákona zachování hmotnosti. Při ustáleném proudění je součin obsahu průřezu
S a rychlosti
v konstantní:
S1 . v1 = S2 . v2
Pokud se průřez zmenší, rychlost proudění se zvýší.
Co je hydrodynamický paradox a kdy vzniká?
Hydrodynamický paradox je jev, kdy v zúžené části trubice dojde ke zvýšení rychlosti proudění a snížení tlaku. Při zúžení může tlak klesnout pod atmosférický tlak, což způsobí nasávání vzduchu (využití např. ve vodních vývěvách).
Jak vzniká podtlak při proudění a k čemu se využívá?
Podtlak vzniká v místech zúžení trubice při proudění kapaliny i plynu. Využití: rozprašovače a efekt nasávání vzduchu při předjíždění.
