Aviația modernă ar fi imposibilă fără o analiză aerodinamică bazată pe principiile fundamentale ale mecanicii fluidelor. Deși „fluid” este adesea sinonim cu „lichid” în limbajul conversațional, conceptul științific al unui fluid se aplică atât gazelor, cât și lichidelor. Caracteristica definitorie a fluidelor este tendința de a curge - sau, în limbajul tehnic, de a se deforma continuu - sub stres. Conceptul de presiune este strâns legat de caracteristicile importante ale unui fluid care curge.
Puterea presiunii
Definiția tehnică a presiunii este forța pe unitate de suprafață. Presiunea poate fi mai semnificativă decât cantitățile conexe, cum ar fi masa sau forța, deoarece consecințele practice ale diferitelor scenarii sunt adesea dependente în primul rând de presiune. De exemplu, dacă folosiți vârful degetului pentru a aplica o forță ușoară în jos unui castravete, nu se întâmplă nimic. Dacă aplicați aceeași forță cu lama unui cuțit ascuțit, tăiați castraveții. Forța este aceeași, dar marginea lamei are o suprafață mult mai mică și, prin urmare, forța pe unitate de suprafață - cu alte cuvinte, presiunea - este mult mai mare.
Forțe care curg
Presiunea se aplică atât fluidelor, cât și obiectelor solide. Puteți înțelege presiunea unui fluid vizualizând apa care curge printr-un furtun. Fluidul în mișcare exercită o forță pe pereții interiori ai furtunului, iar presiunea fluidului este echivalentă cu această forță împărțită la suprafața interioară a furtunului la un punct dat.
Energie limitată
Dacă presiunea este egală cu forța împărțită la suprafață, presiunea este de asemenea egală cu forța ori distanța împărțită la suprafața ori distanța: FD / AD = P Suprafața ori distanța este echivalentă cu volumul, iar forța ori distanța este formula pentru lucru, care în această situație este echivalentă cu energia. Astfel, presiunea unui fluid poate fi definită și ca densitate de energie: energia totală a fluidului împărțită la volumul în care curge fluidul. Pentru cazul simplificat al unui fluid care nu schimbă elevația pe măsură ce curge, energia totală este suma energiei presiunii și a energiei cinetice a moleculelor de fluid în mișcare.
Energie conservată
Relația fundamentală dintre presiune și viteza fluidului este surprinsă în ecuația Bernoulli, care afirmă că energia totală a unui fluid în mișcare este conservată. Cu alte cuvinte, suma energiei datorate presiunii și energiei cinetice rămâne constantă chiar și atunci când volumul fluxului se schimbă. Prin aplicarea ecuației Bernoulli, puteți demonstra că presiunea scade de fapt atunci când fluidul călătorește printr-o constricție. Energia totală înainte de constricție și în timpul constricției trebuie să fie aceeași. În conformitate cu conservarea masei, viteza fluidului trebuie să crească în volumul restrâns și, astfel, crește și energia cinetică. Energia totală nu se poate schimba, deci presiunea trebuie să scadă pentru a echilibra creșterea energiei cinetice.
