แรงดันสัมพันธ์กับการไหลของของไหลอย่างไร?

การบินสมัยใหม่คงเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการวิเคราะห์ตามหลักอากาศพลศาสตร์ตามหลักการพื้นฐานของกลศาสตร์ของไหล แม้ว่า "ของไหล" มักจะมีความหมายเหมือนกันกับ "ของเหลว" ในภาษาสนทนา แต่แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ของของไหลก็ใช้ได้กับทั้งก๊าซและของเหลว ลักษณะเฉพาะของของไหลคือแนวโน้มที่จะไหล หรือในภาษาทางเทคนิค ทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปอย่างต่อเนื่องภายใต้ความเค้น แนวคิดเรื่องแรงดันสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับลักษณะสำคัญของของไหลที่ไหล

คำจำกัดความทางเทคนิคของความดันคือแรงต่อหน่วยพื้นที่ แรงกดดันอาจมีความหมายมากกว่าปริมาณที่เกี่ยวข้อง เช่น มวลหรือแรง เนื่องจากผลในทางปฏิบัติของสถานการณ์ต่างๆ มักจะขึ้นอยู่กับแรงกดดันเป็นหลัก ตัวอย่างเช่น หากคุณใช้ปลายนิ้วกดลงเล็กน้อยกับแตงกวา จะไม่มีอะไรเกิดขึ้น หากคุณใช้แรงแบบเดียวกันกับใบมีดคม คุณจะผ่าแตงกวา แรงเท่ากัน แต่ขอบของใบมีดมีพื้นที่ผิวเล็กกว่ามาก ดังนั้นแรงต่อหน่วยพื้นที่ กล่าวคือ ความดัน สูงกว่ามาก

แรงดันใช้กับของเหลวและวัตถุที่เป็นของแข็ง คุณสามารถเข้าใจแรงดันของของไหลได้โดยการแสดงภาพน้ำที่ไหลผ่านสายยาง ของเหลวที่เคลื่อนที่ออกแรงกระทำต่อผนังด้านในของท่อ และความดันของของไหลจะเท่ากับแรงนี้หารด้วยพื้นที่ผิวภายในของท่ออ่อน ณ จุดที่กำหนด

ถ้าความดันเท่ากับแรงหารด้วยพื้นที่ ความดันก็เท่ากับแรงคูณระยะทางหารด้วยพื้นที่คูณระยะทางด้วย: FD/AD=P ระยะทางพื้นที่คูณเท่ากับปริมาตร และแรงคูณระยะทางเป็นสูตรของงาน ซึ่งในสถานการณ์นี้ มีค่าเท่ากับพลังงาน ดังนั้น ความดันของของไหลยังสามารถกำหนดเป็นความหนาแน่นของพลังงานได้ นั่นคือ พลังงานทั้งหมดของของไหลหารด้วยปริมาตรที่ของไหลไหล สำหรับกรณีแบบง่ายของของไหลที่ไม่เปลี่ยนระดับความสูงขณะไหล พลังงานทั้งหมดคือผลรวมของพลังงานของความดันและพลังงานจลน์ของโมเลกุลของของไหลเคลื่อนที่

ความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างความดันและความเร็วของของไหลถูกจับได้ในสมการเบอร์นูลลี ซึ่งระบุว่าพลังงานทั้งหมดของของไหลเคลื่อนที่นั้นถูกอนุรักษ์ไว้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ผลรวมของพลังงานอันเนื่องมาจากแรงดันและพลังงานจลน์ยังคงที่แม้ว่าปริมาตรการไหลจะเปลี่ยนไป เมื่อใช้สมการเบอร์นูลลี แสดงว่าความดันลดลงจริงเมื่อของเหลวเดินทางผ่านการหดตัว พลังงานทั้งหมดก่อนการหดตัวและระหว่างการรัดจะต้องเท่ากัน ตามการอนุรักษ์มวล ความเร็วของของไหลจะต้องเพิ่มขึ้นในปริมาตรที่ถูกบีบรัด ดังนั้น พลังงานจลน์ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน พลังงานทั้งหมดไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ดังนั้นความดันจะต้องลดลงเพื่อให้สมดุลกับการเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์