L'aviazione moderna sarebbe impossibile senza un'analisi aerodinamica basata sui principi fondamentali della meccanica dei fluidi. Sebbene "fluido" sia spesso sinonimo di "liquido" nel linguaggio colloquiale, il concetto scientifico di fluido si applica sia ai gas che ai liquidi. La caratteristica distintiva dei fluidi è la tendenza a scorrere - o, in linguaggio tecnico, a deformarsi continuamente - sotto stress. Il concetto di pressione è strettamente correlato alle importanti caratteristiche di un fluido che scorre.
Il potere della pressione
La definizione tecnica di pressione è forza per unità di superficie. La pressione può essere più significativa delle grandezze correlate, come la massa o la forza, perché le conseguenze pratiche di vari scenari dipendono spesso principalmente dalla pressione. Ad esempio, se usi la punta del dito per applicare una leggera forza verso il basso su un cetriolo, non succede nulla. Se applichi la stessa forza con la lama di un coltello affilato, tagli il cetriolo. La forza è la stessa ma il bordo della lama ha un'area superficiale molto più piccola, e quindi la forza per unità di area - in altre parole, la pressione - è molto più alta.
Forze fluenti
La pressione si applica sia ai fluidi che agli oggetti solidi. Puoi capire la pressione di un fluido visualizzando l'acqua che scorre attraverso un tubo. Il fluido in movimento esercita una forza sulle pareti interne del tubo e la pressione del fluido è equivalente a questa forza divisa per la superficie interna del tubo in un dato punto.
Energia Confinata
Se la pressione è uguale alla forza divisa per l'area, la pressione è anche uguale alla forza per la distanza divisa per l'area per la distanza: FD/AD=P. L'area per la distanza è equivalente al volume e la forza per la distanza è la formula per il lavoro, che in questa situazione è equivalente all'energia. Quindi, la pressione di un fluido può anche essere definita come densità di energia: l'energia totale del fluido divisa per il volume in cui scorre il fluido. Per il caso semplificato di un fluido che non cambia altezza mentre scorre, l'energia totale è la somma dell'energia della pressione e dell'energia cinetica delle molecole del fluido in movimento.
Energia Conservata
La relazione fondamentale tra pressione e velocità del fluido è catturata nell'equazione di Bernoulli, che afferma che l'energia totale di un fluido in movimento è conservata. In altre parole, la somma dell'energia dovuta alla pressione e all'energia cinetica rimane costante anche al variare del volume del flusso. Applicando l'equazione di Bernoulli, puoi dimostrare che la pressione diminuisce effettivamente quando il fluido attraversa una costrizione. L'energia totale prima della costrizione e durante la costrizione deve essere la stessa. In accordo con la conservazione della massa, la velocità del fluido deve aumentare nel volume ristretto, e quindi aumenta anche l'energia cinetica. L'energia totale non può cambiare, quindi la pressione deve diminuire per bilanciare l'aumento dell'energia cinetica.