Hydrostatika a hydrodynamika

Hydrostatika a hydrodynamika

Hydrostatika

• Časť fyziky, ktorá skúma podmienky rovnováhy kvapalín a telies do nich ponorených.
• Zameriava sa na tlak v kvapalinách, vztlakové javy a pôsobenie síl v pokoji.

Hydrodynamika

• Časť fyziky, ktorá skúma zákonitosti prúdenia tekutín.
• Sleduje vzťahy medzi rýchlosťou prúdenia, tlakom, hustotou a energiou tekutiny.

Tekutiny

• Tekutina je spoločný názov pre kvapaliny a plyny.
• Spoločnou vlastnosťou tekutín je tekutosť, teda schopnosť častíc vzájomne sa pohybovať, čo spôsobuje, že tekutiny nedokážu udržať stály tvar.

Vlastnosti kvapalín

• Nemajú stály tvar, ale majú stály objem
• Sú veľmi málo stlačiteľné

Vlastnosti plynov

• Nemajú stály tvar ani objem
• Sú veľmi ľahko stlačiteľné

Hydrostatický tlak

• Hydrostatický tlak (pₕ) je tlak spôsobený vlastnou hmotnosťou kvapaliny alebo plynu.
• Rastie s hĺbkou ponoru a závisí od hustoty tekutiny.

Pascalov zákon

• Tlak vyvolaný vonkajšou silou, ktorá pôsobí na povrch kvapaliny, sa prenáša rovnomerne:
  • do všetkých miest kvapaliny
  • do všetkých smerov
• Tento zákon je základom fungovania hydraulických zariadení.

Archimedov zákon

• Teleso ponorené do kvapaliny je nadľahčované vztlakovou silou.
• Veľkosť vztlakovej sily sa rovná tiaži kvapaliny, ktorá má rovnaký objem ako ponorená časť telesa.
• Na základe tohto zákona vieme určiť, či teleso:
  • pláva
  • vznáša sa
  • klesá ku dnu

Prúdenie tekutín

Ustálené (stacionárne) prúdenie

• Rýchlosť a tlak tekutiny sú stále a nemenné v čase
• Prúdne čiary sa nemenia

Nestacionárne prúdenie

• Rýchlosť a tlak sa menia s časom
• Prúdenie je nepravidelné

Rovnica spojitosti toku (rovnica kontinuity)

• Vyjadruje zákon zachovania hmotnosti pri prúdení tekutiny so stálou hustotou.
• Pri ustálenom prúdení platí, že hmotnostný tok je v každom priereze rovnaký.
• Matematický zápis:
  • S₁ · v₁ = S₂ · v₂
  • S · v · ρ = konštanta
• Význam symbolov:
  • S₁, S₂ – obsahy prierezov prúdovej trubice
  • v₁, v₂ – rýchlosti kvapaliny v jednotlivých prierezoch
  • ρ – hustota kvapaliny
• Z rovnice vyplýva:
  • menší prierez → väčšia rýchlosť
  • väčší prierez → menšia rýchlosť

Bernoulliho rovnica

• Vyjadruje zákon zachovania mechanickej energie pre ustálene prúdiacu ideálnu kvapalinu.
• Spája tri formy energie tekutiny:
  • tlakovú
  • pohybovú
  • polohovú
• Platí, že ak sa zvýši rýchlosť prúdenia, klesá tlak.

Zákon zachovania hmotnosti

• V uzavretej sústave sa súčet hmotností látok pred dejom rovná súčtu hmotností po deji.
• Tento zákon platí nielen v chémii, ale aj pri prúdení tekutín.

Zákon zachovania energie

• V izolovanej fyzikálnej sústave je celková energia nemenná.
• Energia:
  • nevzniká
  • nezaniká
  • iba sa premieňa z jednej formy na inú
• Tento zákon je základom pochopenia Bernoulliho rovnice aj mnohých technických aplikácií.