Mechanika kvapalín

Kvapaliny Kvapaliny sa skladajú z molekúl, ktoré sú v neustálom neusporiadanom pohybe a pôsobia na seba príťažlivými a odpudivými silami. Základnou vlastnosťou kvapalín je vzájomná posúvateľnosť ich molekúl. Z ich molekulárnej štruktúry vyplývajú aj ďalšie:

Kvapaliny Sú tekuté, nadobúdajú tvar nádoby, do ktorej sú naliate a utvárajú voľnú hladinu. Vnútorné trenie, viskozita, je príčinou rozdielnej tekutosti a odporu proti pohybu Sú veľmi málo stlačiteľné. Pri kvapalinách sa vyskytujú kapilárne javy.

Tlak v kvapalinách F p = — S Ak pôsobí sila F kolmo na plochu s obsahom S, definuje sa tlak p podielom: p = — F S Jednotkou tlaku je v sústave SI newton na meter štvorcový (N.m-2) a táto jednotka sa nazýva pascal (Pa).

Tlak v kvapalinách Pascalov zákon: Tlak vyvolaný vonkajšou silou pôsobiaci na povrch kvapaliny je všade rovnaký. Pôsobením piestu na voľný povrch vzniká tlak, ktorý sa prenáša na ďalšie molekuly vnútri kvapaliny. Molekuly sa k sebe viac nepriblížia, lebo medzi nimi pôsobia odpudivé sily. Preto sa prenesie tlak do všetkých miest bez zmeny.

Tlak v kvapalinách Na princípe Pascalovho zákona pracujú hydraulické zariadenia, ktoré využívajú nestlačiteľnosť kvapalín. Pre každé hydraulické zariadenie platí: V obidvoch ramenách sa mení objem kvapaliny o rovnakú hodnotu. Hydraulické zariadenie niekoľkokrát zväčšuje sily, ale vykonaná práca je rovnaká. h1 h2 S1 S2 F1 F2

p = h .  . g Hydrostatický tlak Hydrostatický tlak je spôsobený hydrostatickou tlakovou silou a gravitačnou silou pôsobiacou na kvapalinu v gravitačnom poli. Hydrostatický tlak závisí na hustote a hĺbke kvapaliny. Vo všetkých miestach v určitej hĺbke pod voľným povrchom je rovnaký. Čím väčšia je hĺbka h a hustota kvapaliny , tým je väčší i hydrostatický tlak.. p = h .  . g

Hydrostatický tlak Hydrostatický tlak je napríklad zodpovedný za bolesť v ušiach pri potápaní už v neveľkých hĺbkach okolo 2 metrov. S1 h S2 h

Archimedov zákon 1. vznášať – Fg = Fvz 2. stúpať – Fg < Fvz Teleso ponorené do kvapaliny je nadľahčované hydrostatickou vztlakovou silou, ktorej veľkosť sa rovná tiaži kvapaliny s rovnakým objemom, ako je objem ponorenej časti telesa. Dôsledkom Archimedovho zákona je správanie sa telies v kvapaline. Telesá sa môžu: 1. vznášať – Fg = Fvz 2. stúpať – Fg < Fvz 3. klesať – Fg > Fvz

Bernoulliho rovnica h2 h1 Vodorovnou trubicou s rôznymi prierezmi, na ktorých sú manometrické trubice, necháme prúdiť kvapalinu. Výška kvapaliny trubici udáva tlak prúdiacej kvapaliny. Najväčší tlak je v mieste najväčšieho prierezu a kvapalina tu prúdi najmenšou rýchlosťou. V menšom priereze je rýchlosť väčšia a tlak naopak menší. Celková energia jednotkového objemu prúdiacej kvapaliny sa skladá z: tlakovej energie p kinetickej energie 1/2  v2

1 p + —  v2 = konštanta 2 Bernoulliho rovnica Pretože v ideálnej kvapaline sa mechanická energia nemôže meniť na iné formy energie, súčet tlakovej a kinetickej je stály. p + —  v2 = konštanta 1 2 Bernoulliho rovnica vyjadruje zákon zachovania mechanickej energie prúdiacej kvapaliny vo vodorovnej trubici. Bernoulliho rovnica sa dá využiť v praxi na meranie rýchlosti prúdiacej alebo vytekajúcej kvapaliny.