Akışkan Statiği Fizik Alanı

Sıvı statik, istirahatte olan sıvıların çalışılmasını içeren fizik alanıdır. Bu akışkanlar hareket etmediği için, kararlı bir denge durumuna ulaştıkları anlamına gelir, bu nedenle akışkan statiği büyük ölçüde bu akışkan denge koşullarını anlamakla ilgilidir. Sıkıştırılabilir akışkanlara (örneğin çoğu gibi) sıkıştırılamaz akışkanlara (sıvılar gibi) odaklanırken gazlar), bazen olarak adlandırılır hidrostatik.

Hareketsiz bir sıvı saf bir strese maruz kalmaz ve sadece çevredeki sıvının (ve bir kapta ise duvarların) normal kuvvetinin etkisini yaşar. basınç. (Bu konuda daha fazlası aşağıdadır.) Bir sıvının bu denge koşulunun bir hidrostatik durum.

Hidrostatik durumda veya hareketsiz olmayan ve bu nedenle bir tür hareket halinde olan akışkanlar, diğer akışkanlar mekaniğinin altına girer, akışkan dinamiği.

Bir sıvının enine kesitsel bir dilimini düşünün. Eş düzlemsel bir stres ya da düzlem içinde bir yöne işaret eden bir stres yaşıyorsa saf bir stres yaşadığı söylenir. Bir sıvıda böyle saf bir stres, sıvı içinde harekete neden olacaktır. Diğer yandan normal stres, o kesit alanına itilir. Alan, bir beher tarafı gibi bir duvara karşı ise, sıvının enine kesit alanı duvara karşı bir kuvvet uygulayacaktır (enine kesite dik - bu nedenle,

Normal bir kuvvet kavramı, fizik çalışmalarının erken dönemlerinde tanıdık gelebilir, çünkü birlikte çalışma ve analiz etme konusunda çok şey gösterir serbest cisim diyagramları. Hala bir şey yerde otururken, ağırlığına eşit bir kuvvetle yere doğru iter. Zemin sırayla nesnenin altına normal bir kuvvet uygular. Normal kuvveti tecrübe eder, ancak normal kuvvet herhangi bir hareketle sonuçlanmaz.

Birisinin cismi yandan yana itmesi, nesnenin sürtünme direncinin üstesinden gelebilecek kadar uzun hareket etmesine neden olacaktı. Bir sıvı içindeki bir kuvvet koplanarı, sürtünmeye maruz kalmayacaktır, çünkü bir sıvının molekülleri arasında sürtünme yoktur. Bu onu iki katıdan ziyade sıvı yapan şeyin bir parçası.

Ama, diyorsunuz ki, bu kesitin sıvının geri kalanına geri itildiği anlamına gelmez mi? Ve bu hareket ettiği anlamına gelmez mi?

Bu mükemmel bir nokta. Bu enine kesitli sıvı şeridi, sıvının geri kalanına geri itilir, ancak bunu yaptığında sıvının geri kalanı geri itilir. Sıvı sıkıştırılamazsa, bu itme hiçbir şeyi herhangi bir yere taşımaz. Sıvı geri itecek ve her şey hareketsiz kalacak. (Sıkıştırılabilirse, başka hususlar da vardır, ancak şimdilik basit tutalım.)

Birbirine ve kabın duvarlarına karşı iten tüm bu küçük sıvı kesitleri, küçük kuvvet parçalarını temsil eder ve tüm bu kuvvet sıvının bir başka önemli fiziksel özelliğine yol açar: basınç.

Kesit alanları yerine, sıvıyı küçük küplere bölünmüş olarak düşünün. Küpün her iki tarafı çevredeki sıvı (veya kenar boyunca ise kabın yüzeyi) tarafından itilir ve bunların hepsi bu taraflara karşı normal gerilmelerdir. Küçük küp içindeki sıkıştırılamayan sıvı sıkışamaz (sonuçta "sıkıştırılamaz" bu demektir), bu nedenle bu küçük küpler içinde basınç değişikliği olmaz. Bu küçük küplerden birine baskı yapan kuvvet, bitişik küp yüzeylerindeki kuvvetleri kesin olarak iptal eden normal kuvvetler olacaktır.

Çeşitli yönlerdeki kuvvetlerin bu iptali, parlak Fransız fizikçi ve matematikçiden sonra Pascal Yasası olarak bilinen hidrostatik basınçla ilgili temel keşiflerdir. Blaise Pascal (1623-1662). Bu, herhangi bir noktadaki basıncın tüm yatay yönlerde aynı olduğu ve bu nedenle iki nokta arasındaki basınç değişiminin yükseklik farkıyla orantılı olacağı anlamına gelir.

Akışkan statikini anlamada bir başka anahtar kavram yoğunluk sıvının. Pascal Yasası denklemine girer ve her sıvının (katı ve gazların yanı sıra) deneysel olarak belirlenebilen yoğunlukları vardır. İşte bir avuç ortak yoğunluklar.

Yoğunluk birim hacim başına kütledir. Şimdi, daha önce bahsettiğim küçük küplere ayrılmış çeşitli sıvılar üzerine düşünün. Her küçük küp aynı boyutta ise, yoğunluktaki farklılıklar, farklı yoğunluklara sahip küçük küplerin içinde farklı miktarda kütle olacağı anlamına gelir. Daha yüksek yoğunluklu bir minik küpün içinde, daha düşük yoğunluklu bir minik küpten daha fazla "malzeme" bulunur. Yüksek yoğunluklu küp, düşük yoğunluklu küçük küpten daha ağır olacaktır ve bu nedenle daha düşük yoğunluklu küçük küple karşılaştırıldığında batar.

Bu nedenle, iki sıvıyı (hatta sıvı olmayanları) birlikte karıştırırsanız, daha yoğun parçalar, daha az yoğun olan parçaların yükseleceği şekilde batar. Bu, aynı zamanda, canlılık, bu, sıvının yer değiştirmesinin, Arşimet. Yağ ve suyu karıştırdığınızda olduğu gibi, iki sıvının karışmasına dikkat ederseniz, çok fazla sıvı hareketi olacaktır ve bu akışkan dinamiği.

Ancak sıvı dengeye ulaştığında, katmanlara yerleşmiş farklı yoğunluklara sahip sıvılara sahip olursunuz, en yüksek yoğunluklu sıvı en alt seviyeye ulaşana kadar en alt yoğunluklu sıvıyı oluşturur. yoğunluk üst tabakadaki sıvı. Bunun bir örneği, farklı türdeki sıvıların göreceli yoğunluklarına göre kendilerini tabakalı katmanlara ayırdığı bu sayfadaki grafikte gösterilmektedir.