L'aviation moderne serait impossible sans une analyse aérodynamique basée sur les principes fondamentaux de la mécanique des fluides. Bien que « fluide » soit souvent synonyme de « liquide » dans le langage conversationnel, le concept scientifique de fluide s'applique à la fois aux gaz et aux liquides. La caractéristique déterminante des fluides est la tendance à s'écouler - ou, en langage technique, à se déformer en continu - sous contrainte. Le concept de pression est étroitement lié aux caractéristiques importantes d'un fluide en écoulement.
Le pouvoir de la pression
La définition technique de la pression est la force par unité de surface. La pression peut être plus significative que les quantités liées, telles que la masse ou la force, car les conséquences pratiques de divers scénarios dépendent souvent principalement de la pression. Par exemple, si vous utilisez votre doigt pour appliquer une légère force vers le bas sur un concombre, rien ne se passe. Si vous appliquez la même force avec la lame d'un couteau bien aiguisé, vous tranchez le concombre. La force est la même mais le bord de la lame a une surface beaucoup plus petite, et donc la force par unité de surface - en d'autres termes, la pression - est beaucoup plus élevée.
Forces fluides
La pression s'applique à la fois aux fluides et aux objets solides. Vous pouvez comprendre la pression d'un fluide en visualisant l'eau s'écoulant dans un tuyau. Le fluide en mouvement exerce une force sur les parois intérieures du tuyau, et la pression du fluide est équivalente à cette force divisée par la surface intérieure du tuyau en un point donné.
Énergie confinée
Si la pression est égale à la force divisée par la surface, la pression est également égale à la force multipliée par la distance divisée par la surface multipliée par la distance: FD/AD=P. L'aire multipliée par la distance équivaut au volume et la force multipliée par la distance est la formule du travail qui, dans cette situation, équivaut à l'énergie. Ainsi, la pression d'un fluide peut également être définie comme la densité d'énergie: l'énergie totale du fluide divisée par le volume dans lequel le fluide s'écoule. Pour le cas simplifié d'un fluide qui ne change pas d'altitude lorsqu'il s'écoule, l'énergie totale est la somme de l'énergie de la pression et de l'énergie cinétique des molécules de fluide en mouvement.
Énergie conservée
La relation fondamentale entre la pression et la vitesse du fluide est capturée dans l'équation de Bernoulli, qui stipule que l'énergie totale d'un fluide en mouvement est conservée. En d'autres termes, la somme de l'énergie due à la pression et à l'énergie cinétique reste constante même lorsque le volume d'écoulement change. En appliquant l'équation de Bernoulli, vous pouvez démontrer que la pression diminue réellement lorsque le fluide traverse une constriction. L'énergie totale avant la constriction et pendant la constriction doit être la même. Conformément à la conservation de la masse, la vitesse du fluide doit augmenter dans le volume rétréci, et ainsi, l'énergie cinétique augmente également. L'énergie totale ne peut pas changer, donc la pression doit diminuer pour équilibrer l'augmentation de l'énergie cinétique.