Krótki przewodnik po fizyce

Wzory z głównych działów

Hydrodynamika

dział fizyki zajmujący się ruchem płynów i ich oddziaływaniem z ciałami stałymi oraz siłami zewnętrznymi (np. grawitacją lub ciśnieniem)

1. Ciśnienie w Mechanice

Ogólna definicja ciśnienia:

Wzór na ciśnienie jako stosunek siły do powierzchni

p= F S
Co oznacza ten wzór?

Ciśnienie to siła działająca na jednostkę powierzchni. Im mniejsza powierzchnia styku dla tej samej siły, tym wyższe wytworzone ciśnienie. Jednostką miary jest Pascal (Pa).

Ciśnienie hydrostatyczne (w płynie):

Wzór na ciśnienie płynu na głębokości: iloczyn gęstości, przyspieszenia ziemskiego i głębokości

p=ρ·g·h
Co oznacza ten wzór?

To ciśnienie jest wytwarzane w płynie ze względu na jego ciężar. Im głębiej, tym większa wysokość słupa płynu — i tym wyższe ciśnienie. Zależy od gęstości substancji, przyspieszenia ziemskiego i głębokości punktu.

2. Prawa przepływu płynów

Objętościowe natężenie przepływu:

Wzór na objętościowe natężenie przepływu płynu jako iloczyn prędkości przepływu i pola przekroju poprzecznego

Q=v·S
Co oznacza ten wzór?

Wzór pokazuje, jaka objętość płynu przepływa przez przekrój poprzeczny w jednostce czasu. Natężenie przepływu zależy od prędkości przepływu i pola przekroju rury. Jednostki miary — m³/s.

Ciągłość przepływu w zwężających się odcinkach:

Wzór na ciągłość przepływu płynu w odcinkach o zmiennym przekroju

S1·v1 = S2·v2
Co oznacza ten wzór?

Jeśli przepływ płynu jest zachowany, to wraz ze zwężeniem rury, prędkość wzrasta. Ten wzór odzwierciedla prawo zachowania objętości: co wpływa, to wypływa.

3. Równanie Bernoulliego (dla płynu idealnego)

Bilans energii wzdłuż przepływu:

Wzór Bernoulliego: suma ciśnienia, energii kinetycznej i potencjalnej w odcinku przepływu pozostaje stała

p+ ρ·v2 2 +ρ·g·h =const
Co oznacza ten wzór?

Równanie Bernoulliego wyraża zasadę zachowania całkowitej energii przepływu: suma ciśnienia, energii kinetycznej i energii potencjalnej jest zachowana wzdłuż strumienia. Dotyczy płynu idealnego (bez lepkości), przepływ musi być stacjonarny.

Im większa prędkość — tym niższe ciśnienie i odwrotnie. Ten efekt jest podstawą działania samolotów, gaźników i układów hydraulicznych.

4. Prawo Pascala

Gdy do płynu (lub gazu) w zamkniętej objętości zostanie przyłożone zewnętrzne ciśnienie, jest ono przenoszone bez zmniejszenia we wszystkich kierunkach i do każdego punktu objętości.

Co to oznacza w praktyce?

Dzięki prawu Pascala działają prasy hydrauliczne, hamulce, podnośniki i inne systemy. Mała siła na małej powierzchni może być przeniesiona jako duża siła na dużej powierzchni, bez utraty ciśnienia.

💡 Prawo Pascala można również uznać za konsekwencję zasady zachowania energii: ciśnienie nie znika ani nie pojawia się dowolnie, lecz jest jedynie przenoszone. Ponadto jest ono ważne nie tylko dla cieczy, ale także dla mediów ściśliwych — na przykład gazów.