i9u16uh
-Fluidele
Se obisnuieste sa se clasifice substantele din punct de vedere macroscopic, in
solide si fluide. Un fluid este o substanta care curge. Prin urmare, termenul
de fluid include lichidele si gazele. Astfel de clasificari nu sunt intotdeauna
exacte. Unele fluide cum este rasina sau smoala, curg asa de incet incat ele se
comporta ca solide in intervale de timp in care lucram cu ele. Plasma, care reprezinta
un gaz puternic ionizat, nu se potriveste in nici una din aceste categorii; ea
se numeste adesea " a patra stare a materiei " pentru a o distinge de
starea solida, lichida sau gazoasa. Chiar diferenta dintre un lichid si un gaz
nu este distincta deoarece, variind presiunea si temperatura in mod convenabil,
este posibil de a transforma un lichid ( de exemplu apa ) in gaz ( de exemplu
vapori ) fara aparitia vreunui menisc si fara a-l fierbe; densitatea si vascozitatea
variaza in mod continuu in timpul procesului. Pentru a face aceasta trebuie folosite
presiuni mai inalte decat asa-numita preaiune critica; pentru apa, aceasta fiind
de 218 atmosfere.
Prin urmare, aceleasi legi fundamentale controleaza comportarea din statica si
dinamica atat a lichidelor cat si a gazelor in ciuda diferentelor dintre ele pe
care le observam la presiuni obisnuite.
Pentru solide care au dimensiuni si forme bine definite, am formulat mecanica
corpurilor rigide, modificata prin legile elasticitatii pentru corpurile care
nu pot fi considerate perfect rigide. Deoarece fluidele isi schimba forma in mod
continuu si in cazul gazelor au un volum egal cu cel al vasului in care sunt cuprinse,
trebuie dezvoltate noi metode de rezolvare a problemelor in mecanica fluidelor.
Aplicatiile mecanicii la medii continue, atat solide cat si fluide, se bazeaza
pe legile miscarii lui Newton combinate cu legi convenabile ale fortei. Pentru
fluide, ca si pentru solide dealtfel, este convenabil sa dezvoltam formulari speciale
ale acestor legi fundamentale.
-Presiunea si densitatea
Exista o diferenta in modul in care o forta de suprafata actioneaza asupra unui
fluid si asupra unui solid. Pentru un solid nu exista restrictii privind directia
unei astfel de forte, dar pentru un fluid in repaus forta de suprafata trebuie
sa fie totdeauna indreptata perpendicular pe suprafata. Aceasta deoarece un
fluid in repaus nu poate sustine o forta tangentiala; paturile de fluid ar aluneca
pur si simplu unele peste altele daca ar fi supuse unei astfel de forte. In
adevar, incapacitatea fluidelor de a rezista la asemenea forte tangentiale (
sau eforturi de forfecare sau alunecare ) este aceea care le confera capacitatea
lor caracteristica de a-si schimba forma sau de a curge.
De aceea este convenabil sa descriem forta care actioneaza asupra unui fluid
specificand presiunea p, care este definita ca intensitatea fortei normale pe
unitatea de suprafata. Presiunea se transmite catre frontierele solide sau prin
sectiuni arbritare ale fluidului, perpendicular pe aceste frontiere sau sectiuni
in fiecare punct. Presiunea este o marime scalara si poate varia de la punct
la punct pe suprafata.
Densitatea ( Ro ) a unui fluid omogen ( masa impartita la volum ) poate depinde
de mai multi factori, cum sunt temperatura si presiunea la care el este supus.
Pentru lichide densitatea variaza foarte putin pe intervale largi de presiune
si temperatura si o putem trata ca o constanta. Densitatea unui gaz, insa, este
foarte sensibila la variatii de temperatura si presiune.
-Variatia presiunii intr-un fluid in repaus
Daca un fluid este in echilibru, fiecare portiune de fluid este in echilibru.
Pentru lichide, densitatea este practic constanta, deoarece lichidele sunt aproape
incompresibile; si diferentele de nivel sunt rar atat de mari incat sa fie nevoie
sa consideram variatia lui g. Pentru gaze densitatea este relativ mica si diferenta
de presiune intre doua puncte este de obicei neglijabila. Astfel, intr-un vas
continand un gaz, presiunea poate fi considerata peste tot aceeasi. Presiunea
aerului variaza mult daca ne ridicam la inaltimi mari in atmosfera. In adevar,
in astfel de cazuri, densitatea variaza cu altitudinea si Ro trebuie cunoscut
ca o functie de y pentru a putea integra ecuatia. Deoarece lichidele sunt aproape
incompresibile, straturile inferioare nu sunt comprimate sensibil de catre greutatea
straturilor superioare suprapuse peste acestea si densitatea Ro este practic
constanta la toate nivelele. Pentru gaze la temperatura uniforma densitatea
Ro a unui strat este proportionala cu presiune p din acel strat. Variatia presiunii
cu distanta deasupra fundului unui fluid, este una pentru gaz si alta pentru
lichid.
-Principiul lui Pascal si principiul lui Arhimede
Ecuatia p = po + Ro g h arata ca in aceste conditii, variatia de presiune delta
p in fiecare punct arbitrar P este egala cu delta po. Acest rezultat a fost
formulat de catre savantul francez Blaise Pascal ( 1623 - 1662 ) si se numeste
" principiul lui Pascal ". El este formulat de obicei astfel : Presiunea
aplicata unui fluid inchis se transmite cu aceeasi intensitate pana la fiecare
portiune de fluid si pana la peretii vasului respectiv. Acest rezultat este
o consecinta necesara a legilor mecanicii fluidelor si de fapt nu un principiu
independent.
Desi noi presupunem adesea ca lichidele sunt incompresibile, ele sunt de fapt
usor compresibile. Aceasta inseamna ca o variatie a presiunii aplicata unei
portiuni de lichid se propaga prin lichid ca o unda cu viteza sunetului din
acel lichid. Dupa ce perturbatia s-a stins si echilibrul s-a restabilit se gaseste
ca principiul lui Pascal este valabil. Principiul este valabil si pentru gaze
cu usoare complicatii de interpretare produse de variatiile mari de volum care
pot avea loc atunci cand variaza presiunea exercitata asupra gazului comprimat.
Principiul lui Arhimede este de asemenea o consecinta necesara a legilor staticii
fluidelor. Daca un corp este cufundat in intregime sau partial intr-un fluid
( fie lichid, fie gaz ) in repaus, fluidul exercita o presiune pe toate partile
suprafetei corpului in contact cu fluidul. Rezultanta tuturor fortelor este
o forta indreptata in sus numita " forta arhimedica ". Fluidul va
suferii presiunile care au actionat asupra corpului cufundat si va fi in repaus.
Prin urmare, forta rezultanta in sus asupra lui va fi egala cu greutatea sa
si va actiona vertical in sus in centrul sau de greutate. De aici rezulta "
principiul lui Arhimede " si anume faptul ca un corp cufundat in intregime
sau partial intr-un fluid este impins de jos in sus cu o forta egala cu greutatea
fluidului dislocuit de corp, punctul corespunzator din corpul cufundat ( centrul
de greutate ) numindu-se " centru de presiune ".
-Masurarea presiunii
Evangelista Torricelli ( 1608 - 1647 ) a propus o metoda de masurare a presiunii
atmosferice prin inventarea barometrului cu mercur in anul 1643. Barometrul
cu mercur este un tub lung de sticla care a fost umplut cu mercur si apoi rasturnat
intr-o cuva cu mercur. Sa determinat astfel foarte usor ca presiunea atmosferica
este po = Ro g h. Presiunea reala intr-un punct intr-un fluid se numeste "presiune
absoluta ". Presiunea relativa ( manometrica ) se da fie peste, fie sub
presiunea atmosferica.
Un manometru care masoara presiuni sub presiunea atmosferica se numeste de obicei
manometru de vid. Presiunea atmosferica intr-un punct descreste cu altitudinea.
Exista variatii ale presiunii atmosferice de la o zi la alta, deoarece atmosfera
nu este statica. Coloana de mercur din barometru va avea o inaltime de aproximativ
76 cm de mercur la 0 grade Celsius, in camp gravitational normal
( standard ), gn = 9,80665 metrii pe secunda la patrat, se numeste " o
atmosfera " ( 1 atm ).
Semnificatia principala a acestor experiente din acel timp era conceptia pe
care o afirmau ca poate fi creat un spatiu vid. Timp de doua mii de ani, filozofii
vorbeau de oroarea pe care natura o are pentru spatiul vid : horror vacui. Datorita
acestei orori se spunea ca natura previne formarea unui vid apucand orice substanta
invecinata si umpland cu ea instantaneu orice spatiu vidat. Experientele lui
Torricelli si Pascal au aratat ca exista limitari in capacitatea naturii de
a prevenii un vid.
Cu exceptia telescopului, nici o alta descoperire stiintifica din secolul al
XVII-lea nu a trezit curiozitatea si dorinta de cunoastere in asa masura cum
au facut-o experientele cu barometrul si cu pompa de aer.