Mecànica dels fluids
| Mecànica dels medis continus |
|---|
 |
|
|
La mecànica dels fluids és la part de la física que estudia l'efecte de les forces sobre els fluids i el seu moviment.[1] Els fluids són els líquids i els gasos. És una branca de la mecànica dels medis continus que es divideix en dos camps, la hidroestàtica o estàtica de fluids, que estudia els fluids en equilibri estàtic, i la hidrodinàmica o dinàmica de fluids, que estudia els fluids sotmesos a forces no nul·les, en moviment. L'estudi de la mecànica dels fluids ja és documentada a l'antiga Grècia on Arquimedes va iniciar l'estudi de la hidroestàtica. A l'edat mitjana els físics Al-Biruni i Al-Khazini avançarien en la hidroestàtica i començarien l'estudi de la dinàmica dels fluids.
Tanmateix, la mecànica de fluids i en especial la hidrodinàmica és un camp d'estudi amb força problemes sense resoldre o parcialment resolts. Es tracta d'una disciplina matemàticament complexa que sovint requereix l'anàlisi numèrica amb l'ajut dels ordinadors. Una nova branca denominada dinàmica de fluids computacional segueix aquest camí de la informàtica per tal de resoldre els problemes. També s'utilitza la velocimetria per imatge de partícules, un mètode experimental que permet l'anàlisi i la visualització del flux d'un fluid.
Branques principals[modifica]
Estàtica de fluids[modifica]
La Hidrostàtica o estàtica de fluids és la branca de la mecànica de fluids que estudia els fluids en repòs. Abarca l'estudi de les condicions en què els fluids estan en repòs en equilibri estable; i es contrasta amb la dinàmica de fluids, l'estudi dels fluids en moviment. La hidrostàtica ofereix explicacions físiques per a molts fenòmens de la vida quotidiana, com ara per què la pressió atmosfèrica canvia amb l'altitud, per què la fusta i el oli floten sobre l'aigua i per què la superfície de l'aigua està sempre plana sigui quin sigui la forma del seu recipient. La hidrostàtica és fonamental per a la hidràulica, l'enginyeria d'equips per emmagatzemar, transportar i utilitzar fluids. També és rellevant per a alguns aspectes de la geofísica i l'astrofísica (per exemple, per entendre la tectònica de plaques i les anomalies en el camp gravitatori de la Terra), per a la meteorologia, a la medicina (en el context de la tensió arterial), i molts altres camps.
Dinàmica de fluids[modifica]
La dinàmica de fluids és una subdisciplina de la mecànica de fluids que s'ocupa del "flux de fluids": la ciència dels líquids i gasos en moviment.[2] La dinàmica de fluids ofereix una estructura sistemàtica —que és la base d'aquestes ciències aplicades— que abraça lleis empíriques i semiempíriques derivades de la mesura de fluxos i utilitzada per resoldre problemes pràctics. La solució a un problema de dinàmica de fluids normalment implica calcular diverses propietats del fluid, com ara la velocitat, la pressió, la densitat i la temperatura, com a funcions de espai i temps. Té diverses subdisciplines, com ara l'aerodinàmica[3][4][5][6] (l'estudi de l'aire i altres gasos en moviment) i la hidrodinàmica[7][8] (l'estudi dels líquids en moviment). La dinàmica de fluids té un ampli ventall d'aplicacions, inclòs el càlcul de forces i moments en avions, determinar el cabal màssic del petroli a través de canonades, predir patrons de clima en evolució, entendre la nebulosa a l'espai interestel·lar i modelar explosions. Alguns principis dinàmics de fluids s'utilitzen en enginyeria de trànsit i dinàmica de multituds.
Relació amb la mecànica del continu[modifica]
La mecànica de fluids és una subdisciplina de la mecànica dels medis continus, tal com s'il·lustra a la taula següent.
| Mecànica dels medis continus | Mecànica del sòlid deformable és l'estudi de la física dels sòlids continus que tenen un estat de repòs amb forma definida. | Elasticitat descriu els materials que tornen a la forma que correspon al seu estat de repòs quan es deixa d'aplicar una força. | |
| Plasticitat descriu els materials que es deformen de manera permanent (canvien la forma del seu estat de repòs) després d'aplicar una força suficient. | Reologia: Atès que certs materials són viscoelàstics (presenten una combinació de propietats elàstiques i viscoses), la frontera entre la mecànica del sòlid deformable i la mecànica de fluids és difusa. | ||
| La mecànica dels fluids (inclou l'estàtica dels fluids i la dinàmica dels fluids) tracta amb la física dels fluids. Una propietat important dels fluids és la viscositat, que és la força que genera un fluid en resposta a un gradient de velocitat. | Fluids no newtonians | ||
| Fluids newtonians | |||
Des d'un punt de vista mecànic, un fluid és una substància que no suporta la tensió tallant; per això un fluid en repòs té la forma del seu vas que ho conté. Un fluid en repòs no té tensió tallant.
Referències[modifica]
- ↑ «Mecànica de Fluids». [Consulta: 1r febrer 2023].
- ↑ Batchelor, C. K., & Batchelor, G. K. (2000). An introduction to fluid dynamics. Cambridge University Press.
- ↑ Bertin, J. J., & Smith, M. L. (1998). Aerodynamics for engineers (Vol. 5). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.
- ↑ Anderson Jr, J. D. (2010). Fundamentals of aerodynamics. Tata McGraw-Hill Education.
- ↑ Houghton, E. L., & Carpenter, P. W. (2003). Aerodynamics for engineering students. Elsevier.
- ↑ Milne-Thomson, L. M. (1973). Theoretical aerodynamics. Courier Corporation.
- ↑ Milne-Thomson, L. M. (1996). Theoretical hydrodynamics. Courier Corporation.
- ↑ Birkhoff, G. (2015). Hydrodynamics. Princeton University Press.
Bibliografia addicional[modifica]
- Hera Jiménez, S.A. de las. Mecánica de fluidos en ingeniería. S.l.: Iniciativa Digital Politècnica, 2012. ISBN 978-84-7653-9361.
- Orchillés Balbastre, A.V.; Sanchotello, M. Mecànica de fluids. Valencia: Universitat de València, 2007. ISBN 978-84-3706-5625.
Vegeu també[modifica]
 |
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Mecànica dels fluids |
