HYDRODYNAMIKA

1. 20. října 2012VY_32_INOVACE_170112_Hydrodynamika _Dum HYDRODYNAMIKA Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová. Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace. Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám, registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.

2. 1. Základní pojmy hydrodynamiky 3. Bernoulliova rovnice 2. Rovnice kontinuity 4. Aerodynamické parodoxon 5. Obtékání těles

3. Základní pojmy hydrodynamiky Podle dosavadních znalostí zkuste rozlišit pojmy hydrostatika a hydrodynamika. Hydrostatika zkoumá kapaliny, které jsou v klidu vzhledem k povrchu Země. Hydrodynamika zkoumá kapaliny, které jsou v pohybu vzhledem k povrchu Země. Obr.1 Obr.2 odpověď dále

4. Základní pojmy hydrodynamiky 1. proudění 3. Rychlost proudění 2. proudnice 4. Laminární proudění 5. Turbulentní proudění

5. Základní pojmy hydrodynamiky • Proudění • pohyb tekutiny • částice se pohybují neuspořádaným pohybem • částice se posouvají ve směru proudění • kapalina nebo plyn proudí z místa vyšší tlakové potenciální energie do míst nižší tlakové potenciální energie zpět na pojmy další pojem

6. Základní pojmy hydrodynamiky • Proudnice • znázorňují trajektorii jednotlivých částic kapaliny nebo plynu • myšlená čára • nemohou se protínat, neboť každým bodem proudící kapaliny prochází jedna proudnice zpět na pojmy další pojem

7. Základní pojmy hydrodynamiky • Rychlost proudění • každá částice v proudící kapalině má svoji rychlost • Ustálené neboli stacionární proudění • rychlost částic je stálá • rychlost každé částice má • směr tečny k proudnici zpět na pojmy další pojem

8. Základní pojmy hydrodynamiky • Proudění laminární • malá rychlost proudění • vrstvy tekutiny se po sobě pravidelně posouvají • vektory rychlostí v jednotlivých vrstvách tekutiny jsou rovnoběžné zpět na pojmy další pojem

9. Základní pojmy Hydrodynamiky • Proudění turbulentní • vzniká z proudění laminárního, když se zvětší rychlost proudění • proudnice se zvlňují a tvoří se víry zpět na pojmy dále

10. Základní pojmy hydrodynamiky Kde můžeme pozorovat laminární proudění a kde turbulentní proudění? Laminární proudění můžeme pozorovat na klidném toku řeky v místě širokého koryta. Turbulentní proudění můžeme pozorovat v horním toku řeky nebo jako vír při výpusti zdymadla. odpověď dále

11. Základní pojmy hydrodynamiky Proudění též můžeme vidět u hoření na tenkém svazku dýmu. Zapálená cigareta tvoří dým, a pokud je okolí v klidu, tvoří nejdříve laminární proudění. Ale v určité výšce se proudnice rozpadají, zamotávají se a proudění přechází v turbulentní. Obr.3 zpět na obsah další kapitola

12. Rovnice kontinuity • Představte si, že tekutina proudí rovnou trubicí. Proudění je laminární. Pokud poteče tekutina stálou rychlostí, potom proteče za stejnou dobu stejný objem. Zavádíme veličinu objemový průtok. • Objemový průtok • objem tekutiny, který proteče průměrem trubice za jednotku času. • Qv = S . v [m3. s-1] • S – průřez trubice [m2] • v – rychlost proudění [m .s-1] dále

13. Rovnice kontinuity Pokud uvažujeme ideální kapalinu, která je nestlačitelná, nemůže se proudění nikde hromadit. Objemový průtok je v libovolném průřezu stejný. Tento závěr lze zapsat jako tzv. rovnici kontinuity. S1. v1 = S2. v2v1 – rychlost v průřezu S1 v2 – rychlost v průřezu S2 Když protéká kapalina trubicí, jejíž průřez se mění, tak se pak mění rychlost proudění. dále

14. Rovnice kontinuity Když protéká kapalina trubicí, jejíž průřez se mění, tak se pak mění i rychlost proudění. Je-li S1> S2 →trubice se zužuje, pak v1< v2 a rychlost proudění se zvětšuje. dále

15. Rovnice kontinuity Kde můžeme pozorovat tento jev? Obr.4 Při stříkání vody se zahradní hadice můžeme zúžit její konec, a pak bude voda stříkat větší rychlostí. odpověď zpět na obsah další kapitola

16. Bernoulliova rovnice Při změně rychlosti kapaliny se mění druh energie kapaliny. Podle ZZE součet kinetické a potenciální energie zůstává stejný. Při zvýšení rychlosti proudění se zvětší kinetická energie a zmenší se tlaková potenciální energie. (Když uvažujeme vodorovnou trubici, tak se nemění tíhová potenciální energie.) Při každém zvětšení rychlosti tekutiny v zúženém místě klesá tlak. dále

17. Bernoulliova rovnice Tuto skutečnost vyjadřuje Bernoulliova rovnice. ½ ρ. v2 - vyjadřuje kinetickou energii p - vyjadřuje tlakovou potenciální energii Tuto rovnici můžeme chápat jako zákon zachování energie pro ideální kapaliny ve vodorovné trubici. Daniel Bernoulli na Wikipedii zpět na obsah další kapitola

18. Aerodynamické paradoxon Proveďte si jednoduchý pokus. Potřebujete dva listy papíru. Papíry přibližte k sobě a foukněte mezi ně. Co se stane? Jak vysvětlíte tento jev? Fouknutím mezi listy papíru vzniká mezi nimi nižší tlak (větší rychlost proudění). Tlak je menší než atmosférický (vzniká podtlak) a listy jsou přitlačeny k sobě. dále

19. Aerodynamické paradoxon Využití podtlaku proudícího vzduchu. Obr.5 • rozprašovač • stříkací pistole • karburátor spalovacího motoru Obr.6 zpět na obsah další kapitola

20. Obtékání těles V reálné tekutině působí proti pohybu síly vnitřního tření tekutiny. U kapalin je nazýváme hydrodynamické odporové síly a u plynů jde o aerodynamické odporové síly. dále

21. Obtékání těles Věděli byste, kteří činitelé ovlivňují velikost odporových sil? Odporové síly záleží na rozměrech a tvaru tělesa, dále na hustotě tekutiny a na vzájemné rychlosti tělesa a tekutiny. dále

22. Obtékání těles Hydrodynamická odporová síla Obtékání tělesa při malé rychlosti vidíme na obrázku. Odporová síla je poměrně malá a záleží na rychlosti. Proudění je laminární. F – odporová síla v – rychlost proudění dále

23. Obtékání těles Obtékání těles při větších rychlostech vidíte na obrázku. Za tělesem se tvoří víry, které způsobují zvětšení odporové síly. dále

24. Obtékání těles Aerodynamická odporová síla Tato síla závisí hlavně na tvaru tělesa. Na obrázku vidíte součinitel odporu c u různých tvarů těles. Vidíte, že největší součinitel odporu má dutá polokoule. Nejmenší součinitel odporu má těleso proudnicového neboli aero-dynamického tvaru. dále

25. Obtékání těles Proudnicový tvar mají např. těla ptáků a ryb nebo padající dešťové kapky. Karoserie aut, trupy letadel a lodí mají tento tvar také. Obr.7 zpět na obsah dále

26. POUŽITÁ LITERATURA ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-223-6

27. CITACE ZDROJŮ Obr. 1 YAROS. File:Bug z Góry zamkowej.jpg: WikimediaCommons [online]. 24 October 2006 [cit. 2012-10-20]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6d/Bug_z_G%C3%B3ry_zamkowej.jpg Obr. 2 NANDA93. File:Rubber duck in glass bowl.jpg: WikimediaCommons [online]. 10 April 2009 [cit. 2012-10-20]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cd/Rubber_duck_in_glass_bowl.jpg Obr. 3 IENICKI, Tomasz. File:Papierosa 1 ubt 0069.jpeg: WikimediaCommons [online]. 1 June 2005 [cit. 2012-10-20]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/Papierosa_1_ubt_0069.jpeg Obr. 4 NATIONAAL ARCHIEF, Den Haag, Rijksfotoarchief. File:Anefo 911-5399 Olympische.jpg: WikimediaCommons [online]. 28 August 1960 [cit. 2012-10-20]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/Anefo_911-5399_Olympische.jpg Obr. 5 UNILEVER. File:Glorix sprays pack.JPG: WikimediaCommons [online]. 24 June 2011 [cit. 2012-10-20]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/82/Glorix_sprays_pack.JPG

28. CITACE ZDROJŮ Obr. 6 MARCELLREHMEIER. File:Strniiiiiiiiiiiiiiiiiiiiischkanone.jpg: WikimediaCommons [online]. 29 May 2010 [cit. 2012-10-20]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Strniiiiiiiiiiiiiiiiiiiiischkanone.jpg Obr. 7 PTERANTULA. File:White shark.jpg: WikimediaCommons [online]. 12 August 2006 [cit. 2012-10-20]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/White_shark.jpg Daniel Bernoulli na Wikipedii: Daniel Bernoulli. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): WikimediaFoundation, 2001-, 27. 8. 2012 [cit. 2012-10-20]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Daniel_Bernoulli Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.

29. Děkuji za pozornost. Miroslava Víchová