Πώς σχετίζεται η πίεση με τη ροή ρευστού;

Η σύγχρονη αεροπορία θα ήταν αδύνατη χωρίς αεροδυναμική ανάλυση βάσει των θεμελιωδών αρχών της μηχανικής ρευστών. Αν και το "ρευστό" είναι συχνά συνώνυμο με το "υγρό" στη γλώσσα συνομιλίας, η επιστημονική έννοια ενός υγρού ισχύει τόσο για τα αέρια όσο και για τα υγρά. Το καθοριστικό χαρακτηριστικό των υγρών είναι η τάση να ρέει - ή, σε τεχνική γλώσσα, να παραμορφώνεται συνεχώς - υπό πίεση. Η έννοια της πίεσης σχετίζεται στενά με τα σημαντικά χαρακτηριστικά ενός ρευστού ρευστού.

Ο τεχνικός ορισμός της πίεσης είναι δύναμη ανά μονάδα εμβαδού. Η πίεση μπορεί να έχει μεγαλύτερη σημασία από τις σχετικές ποσότητες, όπως η μάζα ή η δύναμη, επειδή οι πρακτικές συνέπειες διαφόρων σεναρίων εξαρτώνται συχνά κυρίως από την πίεση. Για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιείτε το δάχτυλό σας για να ασκήσετε μια ελαφρά προς τα κάτω δύναμη σε ένα αγγούρι, δεν συμβαίνει τίποτα. Εάν ασκήσετε την ίδια δύναμη με τη λεπίδα ενός κοφτερού μαχαιριού, κόβετε το αγγούρι. Η δύναμη είναι η ίδια αλλά το άκρο της λεπίδας έχει πολύ μικρότερη επιφάνεια, και έτσι η δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας - με άλλα λόγια, η πίεση - είναι πολύ υψηλότερη.

Η πίεση ισχύει τόσο για υγρά όσο και για στερεά αντικείμενα. Μπορείτε να κατανοήσετε την πίεση ενός υγρού οπτικοποιώντας το νερό που ρέει μέσα από ένα σωλήνα. Το κινούμενο ρευστό ασκεί δύναμη στα εσωτερικά τοιχώματα του εύκαμπτου σωλήνα και η πίεση του ρευστού είναι ισοδύναμη με αυτήν την δύναμη διαιρεμένη με την εσωτερική επιφάνεια του εύκαμπτου σωλήνα σε ένα δεδομένο σημείο.

Εάν η πίεση ισούται με τη δύναμη διαιρούμενη με την περιοχή, η πίεση ισούται επίσης με την δύναμη φορές την απόσταση διαιρούμενη με την περιοχή επί την απόσταση: FD / AD = P. Η απόσταση χρόνου της περιοχής είναι ισοδύναμη με τον όγκο και η απόσταση ώρας ισχύος είναι ο τύπος εργασίας, ο οποίος σε αυτήν την περίπτωση, είναι ισοδύναμος με την ενέργεια. Έτσι, η πίεση ενός υγρού μπορεί επίσης να οριστεί ως ενεργειακή πυκνότητα: η συνολική ενέργεια του ρευστού διαιρούμενη με τον όγκο στον οποίο ρέει το ρευστό. Για την απλοποιημένη περίπτωση ενός υγρού που δεν αλλάζει την ανύψωση καθώς ρέει, η συνολική ενέργεια είναι το άθροισμα της ενέργειας της πίεσης και της κινητικής ενέργειας των κινούμενων μορίων ρευστού.

Η θεμελιώδης σχέση μεταξύ πίεσης και ταχύτητας ρευστού αποτυπώνεται στην εξίσωση Bernoulli, η οποία δηλώνει ότι η συνολική ενέργεια ενός κινούμενου ρευστού διατηρείται. Με άλλα λόγια, το άθροισμα της ενέργειας λόγω πίεσης και κινητικής ενέργειας παραμένει σταθερό ακόμη και όταν αλλάζει ο όγκος ροής. Εφαρμόζοντας την εξίσωση Bernoulli, μπορείτε να αποδείξετε ότι η πίεση μειώνεται στην πραγματικότητα όταν το υγρό κινείται μέσω μιας συστολής. Η συνολική ενέργεια πριν από τη συστολή και κατά τη διάρκεια της συστολής πρέπει να είναι η ίδια. Σύμφωνα με τη διατήρηση της μάζας, η ταχύτητα του ρευστού πρέπει να αυξηθεί στον περιορισμένο όγκο, και έτσι, η κινητική ενέργεια αυξάνεται επίσης. Η συνολική ενέργεια δεν μπορεί να αλλάξει, επομένως η πίεση πρέπει να μειωθεί για να εξισορροπήσει την αύξηση της κινητικής ενέργειας.