Dynamika kvapalín
Dynamika kvapalín hovorí o tom, ako kvapaliny (kvapaliny a plyny) fungujú. Je to jedna z najstarších častí štúdia fyziky a študujú ju fyzici, matematici a inžinieri. Matematika dokáže opísať pohyb kvapalín pomocou matematických vzorcov nazývaných rovnice. Dynamika tekutín v plynoch sa nazýva aerodynamika.
Pochopenie správania sa kvapalín nám pomáha porozumieť napríklad letu alebo oceánskym prúdom. Dynamiku kvapalín možno napríklad použiť na pochopenie počasia, pretože oblaky aj vzduch sú kvapaliny. Dynamiku kvapalín možno použiť aj na pochopenie toho, ako lietadlá lietajú vo vzduchu alebo ako sa lode a ponorky pohybujú vo vode.
Počítačové programy môžu používať matematické rovnice dynamiky tekutín na modelovanie a predpovedanie činnosti pohybujúcich sa tekutín. Počítače nám veľmi pomohli pochopiť dynamiku tekutín a niektorí ľudia študujú, ako modelovať alebo simulovať tekutiny len pomocou počítača. Štúdium toho, ako sa dá dynamika tekutín robiť pomocou počítačov, sa nazýva počítačová dynamika tekutín (alebo skrátene CFD).
Dôležité rovnice v dynamike tekutín
Matematické rovnice, ktorými sa riadi prúdenie kvapalín, sú jednoduché na predstavu, ale veľmi ťažké na riešenie. Vo väčšine reálnych prípadov neexistuje spôsob, ako získať riešenie, ktoré by sa dalo zapísať, a namiesto toho sa na výpočet odpovede musí použiť počítač. Existujú tri základné rovnice založené na troch pravidlách.
Zachovanie hmotnosti: hmota sa nevytvára ani neničí, len sa presúva z jedného miesta na druhé. Z toho vyplýva rovnica zachovania hmotnosti. Niekedy to nemusí platiť, napríklad pri toku, ktorý zahŕňa chemickú reakciu.
Zachovanie energie: ide o prvý zákon termodynamiky, energia nikdy nevzniká ani sa neničí, len mení svoju formu (t. j. kinetická energia na potenciálnu) alebo sa pohybuje.
Zachovanie hybnosti: ide o druhý Newtonov zákon, ktorý hovorí, že sila = rýchlosť zmeny hybnosti. Hybnosť je hmotnosť krát rýchlosť. Rovnice hybnosti sú rovnice, ktoré sťažujú riešenie problémov v dynamike tekutín. Existuje niekoľko rôznych verzií, ktoré zahŕňajú množstvo rôznych efektov. Navier-Stokesove rovnice sú rovnice hybnosti a Eulerove rovnice sú Navier-Stokesove rovnice, ale bez zahrnutia viskozity. V 1D probléme existuje jedna rovnica hybnosti a v 3D tri, v každom priestorovom smere jedna.
Na riešenie rovníc sú často potrebné ďalšie informácie vo forme stavovej rovnice. Tá dáva do vzájomného vzťahu termodynamické vlastnosti (zvyčajne tlak a teplotu) pre konkrétny typ kvapaliny. Príkladom je stavová rovnica "ideálneho plynu", ktorá súvisí s tlakom, teplotou a hustotou a dobre funguje pre plyny pri normálnych tlakoch (napríklad vzduch pri atmosférickom tlaku).
- Poiseuillova rovnica
- Bernoulliho veta
- Navier-Stokesove rovnice
Súvisiace stránky
Otázky a odpovede
Otázka: O čom sa hovorí v knihe Fluidná dynamika?
A: Dynamika tekutín hovorí o tom, ako fungujú tekutiny (kvapaliny a plyny).
Otázka: Kto študuje dynamiku tekutín?
Odpoveď: Dynamiku tekutín študujú fyzici, matematici a inžinieri.
Otázka: Ako môže matematika opísať pohyb tekutín?
Odpoveď: Matematika dokáže opísať pohyb tekutín pomocou matematických vzorcov nazývaných rovnice.
Otázka: Ako sa nazýva dynamika tekutín v plynoch?
Odpoveď: Dynamika plynov sa nazýva aerodynamika.
Otázka: Prečo je dôležité pochopiť, ako sa tekutiny správajú?
Odpoveď: Pochopenie toho, ako sa tekutiny správajú, nám pomáha pochopiť veci, ako je let alebo oceánske prúdy.
Otázka: Ako môžu počítačové programy využívať matematické rovnice dynamiky kvapalín?
Odpoveď: Počítačové programy môžu používať matematické rovnice dynamiky tekutín na modelovanie a predpovedanie činnosti pohybujúcich sa tekutín.
Otázka: Ako sa nazýva štúdium dynamiky tekutín, ktoré sa dá robiť pomocou počítačov?
Odpoveď: Štúdium toho, ako sa dá dynamika tekutín robiť pomocou počítačov, sa nazýva počítačová dynamika tekutín (alebo skrátene CFD).
