Mehanika fluida. // 1 Mehanika fluida. hidrodinamika (kretanje fluida) Mehanika fluida (hidromehanika)

  • View
    23

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Mehanika fluida. // 1 Mehanika fluida. hidrodinamika (kretanje fluida) Mehanika fluida...

  • 1

    Mehanika fluida.

    hidrodinamika

    (kretanje fluida)

    Mehanika fluida

    (hidromehanika)

    hidrostatika

    (mirovanje fluida)

    26. i 27. novembar 2020. godin

    deo mehanike koji se bavi proučavnjem

    zakona ravnoteže: statika fluida i

    kretanja dinamika fluida

    tečnosti i gasova (fluidi)..

    https://www.nocistrazivaca.rs/

    https://www.nocistrazivaca.rs/ https://www.nocistrazivaca.rs/

  • 2

    2

    Pojam fluida

    gasovita tela –

    ni stalna zapremina,

    ni oblik čvrsta tela – stalan oblik i zapremina

    tečna tela – (manje-više) stalna zapremina ali ne i oblik

    Materiju, obično, klasifikujemo u tri stanja, faza:

    Kakav je prostor fluid zauzima (zapremina, oblik)? Sva materija u prirodi ima izvesnu distribuciju (raspored) atoma i

    molekula u prostoru.

    Zavisno od jačine međumolekularnih sila između atoma i molekula,

    oni mogu biti jače i slabije povezani.

  • 3

    3

    Agregatna stanja  prethodna podela - uslovna i veštačka

     asfalt? čvrsto agregatno stanje?

    kada se zagreje slojevi “teku” jedan preko drugoga – ponaša se kao tečnost

     stanje supstance zavisi od uslova pod kojima se nalazi (voda)

  • 4

  •  gasno - neznatan intezitet privlačnih sila između čestica u

    datoj zapremini pa se čestice slobodno i haotično kreću kroz

    masu gasa.

     tečno - međučestične privlačne sile su znatno izraženije nego kod

    gasova. Međutim, one ne sprečavaju da se čestice neprekidno kreću

    kroz masu tečnosti, ali uslovljavaju da se one nalaze u kontaktnom

    okruženju jedne u odnosu na druge. Zbog toga tečnosti imaju konstantu zapreminu V, ali ne i oblik.Slobodna površina fluida, odozgo (normalna na pravac rezultante svih spoljašnih sila koje deluju na tečnost).Tečnosti nemaju elastični otpor na tangencijalni napon, moduo smicanja=0)

     čvrsto - međučestične privlačne sile su toliko jake da

    prouzrokuju praktično stalnost kontaktnog okruženja čestica.

    Preovlađujuće kretanje čestica je oscilovanje unutar datog

    prostora ograničenog drugim, njima okružujućim, česticama. Zbog toga supstancije u čvrstom stanju imaju stalnost oblika i

    zapremine. 8

    Osobine osnovnih agregatnih stanja

  •  Pored osnovnih agregatnih stanja ,

     čvrsto, tečno, gasovito i

     plazma, je jonizovan gas koji se zbog jedinstvenih osobina smatra posebnim agregatnim stanjem materije. Odlike plazme su stepen jonizacije, temperatura, gustina i magnetna indukcija. Javlja se na veoma visokim temperaturama kada su, usled snažnih međusobnih sudara, atomi razloženi na

    elektrone i jone. U stanju plazme nalazi se unutrašnjost Sunca, u kojem dolazi

    do snažne termonuklearne fuzije pri čemu se oslobađa ogromna količina

    energije

     postoji i čitava serija međustanja,

    koja se nazivaju i tečni kristali ili mezomorfna stanja,

    koja su po svojim osobinama između tečnog i čvrstog stanja. Praktično radi se o anizotropnim tečnostima, sistemima u kojima čestice imaju pokretljivost tečnosti ali prostorni raspored kristala.

    agregatna stanja

    9

  • Peto agregatno stanje materije Boze-Ajnštajnov kondenzat,

    Novootkriveno stanje materije, takozvano "peto“ stanje materije, koje se zvanično naziva Boze-Ajnštajnov kondenzat, ne postoji u svemiru, već su uspeli da ga stvore fizičari u

    svojim laboratorijama na temperaturama (reda veličine nano Kelvina (170 nK), bliskotemperaturi apsolutne nule (-273,15°C) - najniže temperature u svemiru. Postojanje ovog oblika materije predvideli su čuveni fizičari Boze i Ajnštajn još 1925. godina prošlog veka, ali je tek 70 godina kasnije, 1995. godine, eksperimentalno dokazana

    mogućnost njegovog postojanja. Za ovaj eksperiment fizičari Kornel, Viman i Keterle su

    2001. godine dobili Nobelovu nagradu.

    Peto agregatno stanje materije predstavlja jedinstven sistem izrazito

    netipičnih osobina. Stvaranjem ovog stanja otkrivena je i

    mogućnost da se iz njega emituju pulsevi atoma kao što se iz lasera

    emituju pulsevi svetlosti, što otvara perspektive raznovrsnih primena - u pravljenju veoma preciznih mehaničkih mehanizama, sprava za precizno merenje

    rastojanja, kvantnih kompjutera daleko bržih od današnjih, itd. 10

  • 12

    sunce

  • tri agregatna stanja materije na osnovu stepena razređenosti, tj. odnosa termalne energije čestica i

    energije međumolekulskih inetrakcija:

     gasovito

     tečno

     čvrsto

    FAZNI DIJAGRAM

    DIJAGRAM STANJA

    (RAVNOTEŽNI DIJAGRAM)

    grafički prikaz uslova ravnoteže

    između raličitih faza sistema.

    AGREGATNA STANJA MATERIJE Fazni dijagram

    Većina supstanci se može istovremeno pojaviti u više agregatnih stanja (faza). Postojanje datog agregatnog stanja ili prelazak sistema iz jednog u drugo stanje, generalno zavisi od temperature T, pritiska P, kao i prirode sistema. 13

    Fazni dijagram pokazuje, u prostoru pritisak-temperatura, linije ravnoteže ili fazne

    granice između tri faze: čvrste, tečne i gasovite. Krive, fazne granice, na dijagramu prikazuju ravnotežna stanja između dve faze. Tačku u kojoj su sve tri faze u ravnoteži - trojna tačka. Kriva isparavanja završava u kritičnoj tački. Iznad te temperature (kritična temperatura) ni u kojim uslovima para supstance se ne može prevesti u tekuće stanje.

    pregrejana para

  • Fazni diagram vode i ugljenika

    14

  • 15

    15

    Pojam fluida Fluid možemo definisati i na osnovu njegovog ponašanja kada se nađu pod dejstvom sila

     sile mogu da deformišu telo na sledeće načine: Istezanje, komprimovanje, uvrtanje, smicanje.

     čvrsta tela  se veoma malo deformišu pod dejstvom sile  nakon prestanka deformacije se vraćaju u prethodni oblik  Sila deluje u napadnoj tački

     fluidi  uglavnom se lako deformišu  i ne vraćaju se u prethodni oblik  mogu da “teku”.  pošto nemaju uredjenu strukturu sila ne može delovati u jednoj

    napadnoj tački

    fluid - stanje materije u kome ona može da teče i menja oblik i zapreminu pod dejstvom veoma slabih međumolekularnih sila.

  • 16

    Generalno gledano, vreme potrebno da supstanca promeni oblik

    pri dejstvu spoljašnje sile određuje da li se data supstanca tretira

    kao tečnost, gas ili čvrsto telo.

    16

    Fluid je kolekcija slučajno raspoređenih molekula koje na

    okupu drži slaba koheziona sila i zidovi suda u kom se nalazi. I tečnosti i gasovi spadaju u fluide.

  • U klasičnoj mehanici fluida se polazi od pretpostavke da

    fluidi predstavljaju neprekidnu, homogenu i izotropnu sredinu.

    Neprekidnost fluidne sredine označava svojstvo fluida da u potpunosti ispunjava prostor u kome se nalazi.

    Homogenost fluida znači da fluid u svim tačkama prostora ima iste osobine, dok

    Izotropnost fluida označava svojstvo fluida da se njegove osobine podjednako ispoljavaju u svim pravcima.

  • 18

    Definicija fluida -modeli

    Osnovni modeli fluida koji se proučavaju su:

     miran fluid - fluid u stanju mirovanja. Može da bude stišljiv i nestišljiv, ali se uvek posmatra kao neviskozan fluid, jer se viskozne sile ne javljaju pri

    mirovanju fluida;

    nestišljiv fluid - fluid kod koga je gustina konstantna, kod kojih je zapremina nepromenjljiva. Može da bude viskozan i neviskozan. Najčešće su to tečnosti; ρ=const

     idealan (savršen) fluid - fluid koji je neviskozan, nema sila trenja. Model fluida u kome su nađena prva rešenja kretanja;

    stišljiv (kompresibilan) fluid - fluid čija je gustina promenljiva, ρ= ρ(p), a elastične sile (pritiska) dominantne, te zbog toga dolazi do promena zapremine. Viskozni efekti obično se zanemaruju. Model ovakvog fluida primenjuje se u dinamici gasova, najčešće su to gasovi;

     realan fluid - stvaran fluid kod koga su izražene i viskozne (unutrašnje trenje) i elastične sile. Za realan fluid postoji ograničen broj tačno rešenih problema.

    18

  • 19

    Fizička svojstva fluida

    19

    Fizička svojstva fluida pogodno je da se podele u tri grupe:

    • mehanička (gustina (ρ), pritisak (p))

    • termička (temperatura (t, T), unutrašnja energija (u),

    entalpija (h ), specifična toplota (c))

    • uzrokovana (viskoznost (η,ν), stišljivost (s, EV ),

    površinski napon (γ), napon pare (pk), toplotno širenje(β),

    kavitacija (κ).

  • Gustina- ρ je osobina materije koja opisuje na koji način je „spakovana“ materija, tj. na koji način su povezani atomi i samim tim koju zapreminu zauzim