מכניקת הזורמים (Fluid Mechanics) – מילון מונחים

זורם הוא חומר היכול לזרום. המונח כולל על כן את הנוזלים והגזים. מכאניקת הזורמים מתחלקת לשני חלקים: סטאטיקה של זורמים (או הידרוסטאטיקה) העוסקת בזורמים הנמצאים במנוחה, ודינאמיקה של זורמים (הידרודינמיקה) העוסקת בזורמים הנמצאים בתנועה.

אחד החוקים החשובים של ההידרוסטאטיקה קובע כי בנוזל שצפיפותו אחידה ושנמצא במנוחה, הלחץ המופעל על-ידי הנוזל בנקודה מסוימת נתון על ידי המשוואה:

P  =  r g h

r היא צפיפות הנוזל , g היא תאוצת הכבידה ו- hהוא המרחק בין הנקודה לפני הנוזל. הלחץ הזה מכונה לחץ הידרוסטאטי. אם מופעל על הנוזל לחץ חיצוני, למשל, באמצעות בוכנה, הלחץ בנוזל שווה לסכום הלחץ ההידרוסטאטי והלחץ החיצוני. בשיטה הבינלאומית של יחידות (שיטת SI שבה היחידות היסודיות הן מטר, קילוגרם ושנייה), הלחץ נמדד בפסקל. פסקל אחד הוא לחץ הנובע מהפעלת כוח של ניוטון אחד על מטר מרובע.

הלחץ האטמוספרי, שמפעיל עלינו האוויר שבאטמוספרה, נתון על יד משוואה מסובכת יותר. זאת משום שבניגוד לנוזלים שבהם הצפיפות כמעט אינה משתנה עם הלחץ, גז נדחס בנקל כאשר מפעילים עליו לחץ. לכן צפיפותו של גז הנמצא תחת השפעת כבידה אינה אחידה אלא הולכת ופוחתת עם הגובה. הלחץ ההידרוסטאטי והלחץ האטמוספרי מחושבים באמצעות עיקרון פשוט אחד: בזורם סטטי, הלחץ בנקודה מסוימת שווה למשקל עמוד הזורם הלוחץ על יחידת שטח מקבילה לקרקע, סביב אותה נקודה. הלחץ האטמוספרי בגובה פני הים הוא 100,000 פסקל בקירוב.

חוק חשוב נוסף של ההידרוסטאטיקה הוא חוק ארכימדס, הקובע כי על גוף ששקוע בזורם פועל כוח עילוי ששווה למשקל הזורם שנדחה על-ידי הגוף. החוק הזה מסביר מדוע עץ צף על פני מים וברזל שוקע בהם. הוא גם מסביר את עקרון הפעולה של כדור פורח.

החוק הבסיסי של ההידרודינמיקה הוא חוק ברנולי הקובע כי בזרימה בתנאים אידיאליים (נוזל שאינו דחיס ואינו צמיג, שזורם בלי מערבולות ובלי חיכוך) מתקיימת המשוואה:

P/rg  +  v2/2g + h = קבוע

v היא מהירות הזרימה. שאר הסימנים הם כמו במשוואת הלחץ ההידרוסטאטי שלמעלה. באמצעות חוק ברנולי אפשר להסביר את כוח העילוי הפועל על מטוס. כנף המטוס מעוצבת באופן שזרימת האוויר מעליה, מהירה יותר מאשר מתחתיה. על פי חוק ברנולי, כשמהירות הזרימה גדלה, הלחץ קטן. לכן הלחץ על המשטח התחתון של הכנף גדול יותר מאשר על המשטח העליון, ונוצר כוח הדוחף את הכנף כלפי מעלה.

 

לעיון וקריאה נוספת באינטרנט:

  1. http://www.efunda.com/formulae/fluids/overview.cfm
  2. http://www.galleryoffluidmechanics.com/
  3. http://en.wikipedia.org/wiki/Fluid_mechanics
  4. http://www.du.edu/~jcalvert/tech/fluids/hydstat.htm