INŽENJERSKA FIZIKA II Predavanja za 1. sedmicu nastave

Σχετικά έγγραφα
HIDRODINAMIKA JEDNADŽBA KONTINUITETA I BERNOULLIJEVA JEDNADŽBA JEDNADŽBA KONTINUITETA. s1 =

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

MEHANIKA FLUIDA. Isticanje kroz otvore sa promenljivim nivoom tečnosti

( ) ( ) 2 UNIVERZITET U ZENICI POLITEHNIČKI FAKULTET. Zadaci za pripremu polaganja kvalifikacionog ispita iz Matematike. 1. Riješiti jednačine: 4

PRAVA. Prava je u prostoru određena jednom svojom tačkom i vektorom paralelnim sa tom pravom ( vektor paralelnosti).

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

Statika fluida. Tehnička fizika 1 15/12/2017 Tehnološki fakultet

Rad, snaga, energija. Tehnička fizika 1 03/11/2017 Tehnološki fakultet

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

10. STATIKA FLUIDA Uvod. -ionizirani plin (visoka temperatura) kvantnomehanički. -odreñen oblik i volumen. -poprimaju oblik posude

OBRTNA TELA. Vladimir Marinkov OBRTNA TELA VALJAK

( , 2. kolokvij)

konst. Električni otpor

IZVODI ZADACI (I deo)

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

Fluidi. fluid je bilo koja tvar koja može teći. plinovi i tekućine razlika: plinovi su stlačivi, tekućine nisu (u većini slučajeva)

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

OM2 V3 Ime i prezime: Index br: I SAVIJANJE SILAMA TANKOZIDNIH ŠTAPOVA

- pravac n je zadan s točkom T(2,0) i koeficijentom smjera k=2. (30 bodova)

Pismeni ispit iz matematike GRUPA A 1. Napisati u trigonometrijskom i eksponencijalnom obliku kompleksni broj, zatim naći 4 z.

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

POVRŠINA TANGENCIJALNO-TETIVNOG ČETVEROKUTA

Ĉetverokut - DOMAĆA ZADAĆA. Nakon odgledanih videa trebali biste biti u stanju samostalno riješiti sljedeće zadatke.

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

Riješeni zadaci: Limes funkcije. Neprekidnost

MEHANIKA FLUIDA. Prosti cevovodi

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

Definicija fluida i pritiska

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

1.4 Tangenta i normala

Elementi spektralne teorije matrica

Operacije s matricama

Apsolutno neprekidne raspodele Raspodele apsolutno neprekidnih sluqajnih promenljivih nazivaju se apsolutno neprekidnim raspodelama.

numeričkih deskriptivnih mera.

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

Zadaci sa prethodnih prijemnih ispita iz matematike na Beogradskom univerzitetu

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

Rad, energija i snaga

Otpornost R u kolu naizmjenične struje

18. listopada listopada / 13

1 UPUTSTVO ZA IZRADU GRAFIČKOG RADA IZ MEHANIKE II

1 Promjena baze vektora

FTN Novi Sad Katedra za motore i vozila. Teorija kretanja drumskih vozila Vučno-dinamičke performanse vozila: MAKSIMALNA BRZINA

I.13. Koliki je napon između neke tačke A čiji je potencijal 5 V i referentne tačke u odnosu na koju se taj potencijal računa?

RAD, SNAGA I ENERGIJA

VJEŽBE 3 BIPOLARNI TRANZISTORI. Slika 1. Postoje npn i pnp bipolarni tranziostori i njihovi simboli su dati na slici 2 i to npn lijevo i pnp desno.

MATRICE I DETERMINANTE - formule i zadaci - (Matrice i determinante) 1 / 15

OSNOVE MEHANIKE FLUIDA

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

13. и 14. novembar godine

7 Algebarske jednadžbe

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

( ) p a. poklopac. Rješenje:

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

VISKOZNOST TEČNOSTI Viskoznost

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

5 Ispitivanje funkcija

TRIGONOMETRIJA TROKUTA

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

Elektrotehnički fakultet univerziteta u Beogradu 17.maj Odsek za Softversko inžinjerstvo

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

Zadatak 003 (Vesna, osnovna škola) Kolika je težina tijela koje savladava silu trenja 30 N, ako je koeficijent trenja 0.5?

Idealno gasno stanje-čisti gasovi

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

( , treći kolokvij) 3. Na dite lokalne ekstreme funkcije z = x 4 + y 4 2x 2 + 2y 2 3. (20 bodova)

PITANJA IZ MEHANIKE FLUIDA

RAČUNSKE VEŽBE IZ PREDMETA POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE (IV semestar modul EKM) IV deo. Miloš Marjanović

5. Karakteristične funkcije

VOLUMEN ILI OBUJAM TIJELA

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

Silu trenja osećaju sva tela koja se nalaze u blizini Zemlje i zbog nje tela koja se puste padaju nadole. Ako pustimo telo da slobodno pada, ono će

PRELAZ TOPLOTE - KONVEKCIJA

2.7 Primjene odredenih integrala

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

MEHANIKA FLUIDA dio 2

Vrijedi relacija: Suma kvadrata cosinusa priklonih kutova sile prema koordinatnim osima jednaka je jedinici.

Mehanika je temeljna i najstarija grana fizike koja proučava zakone gibanja i meñudjelovanja tijela. kinematika, dinamika i statika

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

Repetitorij-Dinamika. F i Zakon očuvanja impulsa (ZOI): i p i = j p j. Zakon očuvanja energije (ZOE):

Mehanika fluida. Statika fluida.

Dvanaesti praktikum iz Analize 1

Viskoznost predstavlja otpor tečnosti pri proticanju. Viskoznost predstavlja unutrašnje trenje između molekula u fluidu.

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

MEHANIKA FLUIDA HIDROSTATIKA 5. Osnovna jednadžba gibanja (II. Newtonov zakon) čestice idealnog fluida i realnog fluida u relativnom mirovanju

TOPLOTA. Primjeri. * TERMODINAMIKA Razmatra prenos energije i efekte tog prenosa na sistem.

π π ELEKTROTEHNIČKI ODJEL i) f (x) = x 3 x 2 x + 1, a = 1, b = 1;

Univerzitet u Nišu, Prirodno-matematički fakultet Prijemni ispit za upis OAS Matematika

Klasifikacija blizu Kelerovih mnogostrukosti. konstantne holomorfne sekcione krivine. Kelerove. mnogostrukosti. blizu Kelerove.

IZRAČUNAVANJE POKAZATELJA NAČINA RADA NAČINA RADA (ISKORIŠĆENOSTI KAPACITETA, STEPENA OTVORENOSTI RADNIH MESTA I NIVOA ORGANIZOVANOSTI)

Antene. Srednja snaga EM zračenja se dobija na osnovu intenziteta fluksa Pointingovog vektora kroz sferu. Gustina snage EM zračenja:

6 Primjena trigonometrije u planimetriji

ISPIT GRUPA A - RJEŠENJA

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

Masa, Centar mase & Moment tromosti

Transcript:

ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET SARAJEVO INŽENJERSKA FIZIKA II Predavanja za 1. sedmicu nastave 1.MEHANIKA FLUIDA 1.1 Uvod Fluidima nazivamo tečnosti i gasove (plinove): to su supstance koje lako mijenaju oblik, odnosno koje mogu teći. Mehanika fluida ili hidromehanika je dio mehanike u kojoj se proučavaju zakoni ravnoteže i kretanja tečnosti i gasova. U mehanici fluida zanemaruju se strukturna svojstva tečnosti i gasova i smatraju se kao neprekidne sredine, neprekidno raspoređene u prostoru. Mehanika tečnosti se naziva hidromehanika; ona se dijeli na hidrostatiku koja opisuje tečnosti u miru i hidrodinamiku koja proučava tečnosti u kretanju. Slično, gasove proučava aerostatika i aerodinamika. 1.2 Statika fluida Pošto su fluidi neprekidne sredine onda se misaono mogu podijeliti na elementarne zapremine čije su dimenzije dovoljno velike da ne zalaze u strukturu fluida i dovoljno male da se sile koje dejstvuju na njih mogu smatrati konstantnim. Dio fluida misaono se može zamjeniti čvrstim tijelom ili njegovim dijelom iste zapremine, oblika i gustine kao i razmatrani dio fluida. Ovakav način razmatranja fluida naziva se principom očvršćavanja pomoću kojeg se na fluide mogi primjeniti zakoni čvrstog tijela. Neka je na slici 1.1 izdvojen jedan dio fluida. Na njega mogu djelovati spoljašne i unutrašnje sile. Unutrašnje sile se međusobno uravnotežavaju pa ih nećemo dalje razmatrati.

Na osnovu principa očvršćavanja posmatrani element fluida biće u ravnoteži ako je zbir svih spoljašnjih sila koje djeluju na njega jednak nuli. U posmatranom slučaju gorni uslov je ispunjen za inercijalni koordinatni sistem, ako je : mg +F p = 0 ( 1.1) gdje je mg sila teže elementa a F p površinske sile. Pod dejstvom gornjih sila fluid će biti u stanju mirovanja kad brzina svakog njegovog elementa bude jednaka nuli. 1.2.1 Slobodna površina tečnosti Ukoliko na tečnost dejstvuje samo sila teže, onda će površina tečnosti u svakoj tački biti normalna na pravac sile teže. U slučaju da na tačnost pored sile teže djeluje i neka druga spoljašnja sila, slobodna površina tečnosti će se postaviti normalno na pravac rezultante svih spoljašnjih sila. Na slici 1.2 prikazan je primjer slobodne površine tečnosti u sudu koji se obrće ugaonom brzinom ω. U ovom slučaju na uočeni element tečnosti pored sile teže mg djeluje i centrifugalna sila F cf = ma n = m ω 2 x i. Iz uslova ravnoteže posmatranog elementa dobijamo: mg + m ω 2 x i + R = 0 ( 1.2 ) odakle za projekcije na ose dobijamo: m ω 2 x = R sinα i mg = R cosα ili djeljenjem jednačina dobijamo: tgα = dy/dx = (ω 2 x )/g ( 1.3) Integriranjem gornje jednačine i određivanjem konstante integriranja iz početnih uslova ( x=0 i y = 0 ) dobijemo: Y = (ω 2 x 2 )/2g ( 1.4 )

Slobodna površina tečnosti pod navedenim uslovima u sudu obrazuje rotacioni paraboloid. 1.2.2 Pritisak ( tlak ) Tečnost ili plin djeluju određenom silom na svki dijelić zida posude u kojoj se nalaze, odnosno na svaku površinu tijela koje se nalazi u fluidu. Sila koja djeluje okomito na jedinicu površine zove se pritisak ili tlak. F p = ( 1.5 ) S Ako sila nije konstantna po čitavoj površini, pritisak je: df p = (1.6 ) ds Pritisak je skalarna veličina. Jedinica za pritisak je: N m [ p] = 1 2 = 1paskal = 1Pa Paskalov zakon : pritisak u cijelom mirnom fluidu je konstantan ( Pascal 1650. god. ) Po Paskalu pritisak u proizvoljnom dijelu mirne tečnosti jednak je u svim pravcima i prenosi se podjednako po cijeloj zapremini mirnog fluida tj. p 1 = p 2 = p 3 = const. 1.2.3 Hidrostatički pritisak Pritisak uzrokovan samom težinom fluida nazivamo hidrostatičkim pritiskom. Da bismo dobili zakon za hidrostatički pritisak, zamislimo tekućinu u posudi ( Sl. 1.3) i izračunajmo koliki tlak djeluje na djelić površine S na dubini h.

Sila na površinu S prouzrokovana je težinom stupca tekućine nad tom površinom, tj. : G = mg = ρ V g = ρ g h S ( 1.7 ) Pa je pritisak ( sila na jedinicu površine ) p = G / S, odnosno: p = ρ g h ( 1.8 ) 1.2.4. Atmosferski pritisak Zemlja svojom privlačnom silom drži oko sebe vazdušni omotač, tzv. Zemljinu atmosferu. Atmosferski tlak nastaje zbog vlastite težine zraka. Pritisak zraka možemo izmjeriti pomoću Torricellijeve cijevi. Sandardni atmosferski pritisak je pritisak stuba žive visine 760 mm pri temperaturi od 0 o C, odnosno 760 Torr ili jedna fizikalna atmosfera. Primjenom formule ( 1.8 ) dobivamo vrijednost za normalni atmosferski pritisak u jedinicama SI P a = ρ g h = 101325 Pa Atmosferski pritisak se vrlo često izražava u barima, gdje je 1 bar = 10 5 Pa U atmosferi gustina zraka se mijenja ( opada ) sa visinom pa se i atmosferski pritisak mijenja sa visinom po tzv. barometarskoj formuli : p 0 p0 = p e ( 1.9 ) 0 ρ gh gdje je p o i ρ o pritisak i gustoća na visini h = 0. 1.2.5. Arhimedov zakon Kada je tijelo uronjeno u fluid, javlja se rezultantna sila prema gore kao posljedica hidrostatičkog pritiska. Tu silu nazivamo potiskom ( uzgnom ). Da bismo izveli formulu za potisak zamislimo tijelo volumena V uronjeno u fluid gustine ρ f ( Sl 1.4 ). Radi jednostavnost pretpostavimo da je tijelo u oliku kocke ili valjka.

Sila koje djekuju na bočne strane kocke poništavaju se. Sila na donju bazu površine S je F 1 = p 1 S, dok je sila na gornju bazu F 2 = p 2 S. Sila F 1 ima smjer prema gore, a sila F 2 usmjerena je prema dole. Budući da je hidrostaički pritisak na nivou h 1 = h 2 + h veći nego na nivou h 2, sila F 1 biće veća od sile F 2 i kao rezultat pojavit će se sila prema gore tj. potisak ili uzgon ili U = F 1 F 2 = ρ f g h 1 S - ρ f g h 2 S = ρ f g h S U = ρ f V g = m f g ( 1.10 ) Gdje je m f masa istisnutog fluida. To je poznati Arhimedov zakon koji glasi: Tijelo uronjeno u fluid izgubi od svoje težine onoliko kliko je teška njime istisnuta tečnost. Tijelo lebdi u fluidu ako je težina tijela uravnotežena potiskom ili ρ f = ρ tijela.. 1.3 Dinamika fluida 1.3.1 Strujanje idealnog fluida Kretanje fluida nazivamo strujanjem. Strujanje nastaje zbog vlastite težine fluida ili zbog razlike u pritiscima. Pri strujanju razni slojevi fluida imaju razne brzine i među tim slojevima javljaju se sile unutrašnjeg trenja ( viskoznost ). Zbog jednostavnosti u početku ćemo zanemariti sva trenja koja se javlju u fluidu i smatrat ćemo da se radi o nestišljivim fluidima ( ρ = const.): Takve fluide nazivamo idealnim fluidima. Uglavnom ćemo razmatrati stacionarno strujanje: Pri takvom strujanju brzina čestica i pritisak u fluidu su samo funkcije položaja, a ne i vremena. Strujnica je zamišljena linija čija tangenta u svakoj tački pokazuje smjer brzine. Putanja je niz uzastopnih položaja koje čestica fluida zauzima pri kretanju. Kada je strujanje stacionarno, strujnica i putanja čestice se poklapaju. Dio fluida omeđen strujnicama nazivamo strujnom cijevi. Pri stacionarnom strujanju strujnice ne ulaze ni ne izlaze iz strujne cijevi ( Sl. 1.5 ).

1.3.2 Jednačina kontinuiteta Posmatrajmo strujanje fluida kroz cijev različitog presjeka ( Sl. 1.5 ) Za vrijeme t kroz presjek S prođe volumen fluida Sv t. Volumen fluida koji u jedinici vremena prođe kroz određeni presjek naziva se protok i iznosi: Φ v = Sv ( 1.11 ) Ako je gustoća fluida svuda konstantna i ako unutar strujne cijevi nema izvora i ponora, masa fluida, koja u vremenu t protekne kroz bilo koji presjek, konstantna je ρ S 1 v 1 t = ρ S 2 v 2 t = ρ S 3 v 3 t = const. Te je konstantan i protok: Φ v = Sv = const. ( 1.12 ) To je jednačina kontinuiteta. Tamo gdje je cijev uža, brzina je veća i obratno. Fluid se ubrzava tamo gdje se cijev sužava: dakle na čestice fluida dlejule sila usmjerena od šireg dijela cijevi prema užem. Ta sila dolazi zbog razlike pritisaka: pritisak u širem dijeu cijevi je veći nego u užem. 1.3.3 Bernoullijeva jednačina Danuel Bernoulli, švicarski fizičar je 1738. našao zakon o raspodjeli pritisaka unutar strujne cijevi. Eksperiment je pokazao da je pritisak na mjestu gdje je brzina veća manj nego tamo gdje je brzina manja. Pritisak u cijevi se može mjeriti pomoću vertikalne staklene cjevčice ili vertikalnog otvorenog manometra ( Sl.1.6 )

Da bismo izveli Bernoullijevu jednačinu, posmatrajmo stacionarno strujanjr idealnog fluida kroz strujnu cijev promjenljivog presjeka ( Sl. 1.7 ) Neka za vrijeme t kroz presjek S 1 peotekne masa fluida m = ρ S 1 v 1 t. Pri tom je sila pritiska F 1 = p 1 S 1 na površini S 1 izvršila rad: W 1 = F 1 s 1 = p 1 S 1 v 1 t.= p 1 m / ρ (1.13 ) Dok je rad sile F 2 = p 2 S 2 na površini S 2 : W 2 = -p 2 S 2 v 2 t = -p 2 m / ρ (1.14) Gdje smo predznakom minus uzeli u obzir da su smjerovi sile i pomaka suprotni. Rad W 1 izvršen nad sistemom na presjeku S 1 prenosi se preko sistema na presjek S 2 gdje sistem izvši rad W 2 protiv sila vanjskog pritiska p 2. Ukupni rad izvršen nad sistemom je W = W 1 + W 2 = (p 1 p 2 ) m/ ρ (1.15) Taj rad je jednak promjeni energije čitavog razmatranog volumena fluida. Ta se promjena može izračunati kao razlika kinetičke i potencijalne energije iscrtkanih malih volumena V 1 = S 1 s 1 i V 2 = S 2 s 2: E = E k2 - E k1 + E p2 E p1 = = ½ mv 2 2 - ½ mv 1 2 + mgh 2 mgh 1 (1.16) Kada izjednačimo izraze (1.15) i (1.16) i sredimo, dobivamo:

p 1 + ρgh 1 + ½ ρv 1 2 = p 2 + ρgh 2 + ½ ρv 2 2 (1.17) ili p + ρgh + ½ ρv 2 = konst. (1.18) ( p-statičku tlak; ρgh-tlak zbog težine, razlike visina; ½ ρv 2 -dinamičku tlak) To je Bernoullijeva jednačina za strujanje idealnoh fluida. Ona kaže da je zbir statičkog, dinamičkog (brzinskog) tlaka i tlaka koji dolazi zbog visinske razlike pojedinih dijelova fluida uvijek konstantan za određenu strujnicu. Ako je v 1 = v 2 = 0, tj ako fluid miruje (hidrostatika), jednačina (1.17) prelazi u p 1 p 2 = ρg (h 2 h 1 ) (1.19) To je već poznati izraz za razliku hidrostatičkih pritisaka u mirnom fluidu.