Statika fluida

Mehanika kontinuuma
|
Zakoni Zakon održanja mase Zakon održanja količine kretanja Zakon održanja energije Nejednakost entropije
Mehanika čvrstih tijela Čvrsta tijela · Napon · Deformacija · Teorija konačnih deformacija · Teorija infinitezimalnih napreazanja · Elastičnost (linearna) · Plastičnost · Savijanje · Hookeov zakon · Teorija o otkazu materijala · Mehanika loma · Mehanika kontakta (frikciona)
Mehanika fluida Fluidi · Statika fluida Dinamika fluida · Arhimedov zakon · Bernoullijeva jednačina · Navier–Stokesove jednačine · Hagen–Poiseuilleova jednačina · Pascalov zakon · Viskoznost (Njutnovski fluid · Nenjutnovski fluid) · Potisak · Pritisak
Naučnici Bernoulli · Boyle· Cauchy · Charles · Euler · Gay-Lussac · Hooke · Newton · Pascal · Navier · Stokes

Tabela hidraulike i hidrostatike, iz Cyclopaedije (1728)

Statika fluida (naziva se i hidrostatika) jest nauka o mirovanju fluida. To je jedna od nauka u mehanici fluida. Ona proučava uvjete pod kojima su fluidi u stanju stabilne ravnoteže. Korištenje fluida za dobijanje rad proučava hidraulika, a nauka o kretanju fluida naziva se dinamika fluida.

Pritisak kod fluida u mirovanju

Zbog nemogućnosti da se usprotive deformacijama, fluidi stvaraju pritisak normalan na bilo koju kontaktnu površinu. Dodatno, kada je fluid u ravnoteži, taj je pritisak izotropan, npr., djeluje istim intenzitetom u svim smjerovima. Ova karakteristika dozvoljava fluidima da prenose silu kroz dužinu cijevi, npr., sila kojom se djeluje na fluid u cijevi prenosi se preko fluida do drugog kraja cijevi. Ako sile nisu izbalansirane, fluid će se kretati u smjeru rezultantne sile.

Ovaj koncept prvi je formulisao, u nešto dužoj formi, francuski matematičar i filozof Blaise Pascal 1647. da bi kasnije bio poznat kao Pascalov zakon. Ovaj zakon ima mnogo važnih primjena u hidraulici.

Hidrostatički pritisak

Zamislimo malo kocku tečnosti u stanju mirovanja ispod slobodne površine, pritisak uzrokovan visinom tečnosti iznad mora biti izbalansiran sa otpornim pritiskom u ovoj maloj kocki. Za beskonačno malu kocku napon je isti u svim smjerovima te se težina tečnosti ili ekvivalentni pritisak može napisati kao:

$\ P=\rho gh+P_{a}$,

gdje je,

• P - hidrostatički pritisak;
• ρ - gustina tečnosti;
• g - gravitaciono ubrzanje;
• h - visina tečnosti iznad;
• P_a - atmosferski pritisak.

Atmosferski pritisak

Zakon idealnog plina pretpostavlja da će za plin konstantne temperature, T, njegova gustina, ρ, varitati s visinom, h, kao:

$\ \rho \ (h)=\rho \ (0)e^{-Mgh/RT}$,

gdje je:

g – gravitaciono ubrzanje

T – apsolutna temperatura (npr. u kelvinima)

R – konstanta idealnog plina

M – molarna masa

ρ – gustina

h – visina

Potisak

Na čvrsto tijelo uronjeno u fluid djelovat će sila potiska usmjerena prema gore i ona je jednaka težini istisutog fluida. Ovo se dešava zbog hidrostatičkog pritiska u fluidu.

U slučaju tankera, naprimjer, njegova sila težine izbalansirana je potisnom silom istisnute vode, što mu omogućava da plovi. Ako se doda još tereta na brod, uronit će još više u vodu – pritom istisne još više vode te zbog toga dobije veću potisnu silu, kojom balansira nestabilnost izazvanu dodavanjem tereta.

Otkriće principa potiska pripisuje se Arhimedu.

Efekti površinskog napona

Kapilarnost

Kad je tečnost u cjevčicama čije su dimenzije male u odnosu na njihovu dužinu, efekt površinskog napona postaje važan i dovodi do dormacije meniskusa kroz kapilarnost.

Kapi

Bez površinskog napona kapi se ne bi mogle formirati. Stabilnost se određuje preko površinskog napona.

Također pogledajte

• Dinamika fluida
• Mehanika fluida
• Pritisak fluida
• Hidraulika
• Aerostatika