Moderne luchtvaart zou onmogelijk zijn zonder aerodynamische analyse op basis van de fundamentele principes van vloeistofmechanica. Hoewel 'vloeibaar' in conversatietaal vaak synoniem is met 'vloeibaar', is het wetenschappelijke concept van een vloeistof van toepassing op zowel gassen als vloeistoffen. Het bepalende kenmerk van vloeistoffen is de neiging om te stromen - of, in technische taal, om continu te vervormen - onder stress. Het concept van druk hangt nauw samen met de belangrijke kenmerken van een stromende vloeistof.
De kracht van druk
De technische definitie van druk is kracht per oppervlakte-eenheid. Druk kan zinvoller zijn dan gerelateerde grootheden, zoals massa of kracht, omdat de praktische gevolgen van verschillende scenario's vaak primair afhankelijk zijn van druk. Als u bijvoorbeeld uw vingertop gebruikt om een lichte neerwaartse kracht op een komkommer uit te oefenen, gebeurt er niets. Als je diezelfde kracht uitoefent met het lemmet van een scherp mes, snijd je door de komkommer. De kracht is hetzelfde, maar de rand van het blad heeft een veel kleiner oppervlak, en dus is de kracht per oppervlakte-eenheid - met andere woorden, de druk - veel hoger.
Stromende krachten
Druk is van toepassing op zowel vloeistoffen als vaste objecten. U kunt de druk van een vloeistof begrijpen door te visualiseren dat water door een slang stroomt. De bewegende vloeistof oefent een kracht uit op de binnenwanden van de slang en de druk van de vloeistof is gelijk aan deze kracht gedeeld door het binnenoppervlak van de slang op een bepaald punt.
Beperkte energie
Als druk gelijk is aan kracht gedeeld door oppervlakte, is druk ook gelijk aan kracht maal afstand gedeeld door oppervlakte maal afstand: FD/AD=P. Oppervlakte maal afstand is gelijk aan volume, en kracht maal afstand is de formule voor arbeid, wat in deze situatie gelijk is aan energie. Zo kan de druk van een vloeistof ook worden gedefinieerd als energiedichtheid: de totale energie van de vloeistof gedeeld door het volume waarin de vloeistof stroomt. Voor het vereenvoudigde geval van een vloeistof die tijdens het stromen niet van hoogte verandert, is de totale energie de som van de energie van de druk en de kinetische energie van de bewegende vloeistofmoleculen.
Geconserveerde energie
De fundamentele relatie tussen druk en vloeistofsnelheid wordt vastgelegd in de Bernoulli-vergelijking, die stelt dat de totale energie van een bewegende vloeistof behouden blijft. Met andere woorden, de som van energie als gevolg van druk en kinetische energie blijft constant, zelfs wanneer het stroomvolume verandert. Door de Bernoulli-vergelijking toe te passen, kun je aantonen dat de druk daadwerkelijk afneemt wanneer vloeistof door een vernauwing gaat. De totale energie voor de vernauwing en tijdens de vernauwing moet gelijk zijn. In overeenstemming met het behoud van massa, moet de snelheid van het fluïdum toenemen in het vernauwde volume, en dus neemt ook de kinetische energie toe. De totale energie kan niet veranderen, dus de druk moet afnemen om de toename van de kinetische energie te compenseren.