Vedeliku staatika füüsikaväli

Vedeliku staatika on füüsika valdkond, mis hõlmab vedelike uurimist puhkeolekus. Kuna need vedelikud ei liigu, tähendab see, et nad on saavutanud stabiilse tasakaaluolukorra, seega seisneb vedeliku staatika suures osas nende vedeliku tasakaalutingimuste mõistmises. Kui keskendutakse kokkusurumatule vedelikule (näiteks vedelikule), mitte kokkusurutavale vedelikule (näiteks enamusele) gaasid), nimetatakse seda mõnikord ka hüdrostaatilised.

Puhkevedelikus ei toimu mingit tugevat stressi ja see mõjutab ainult ümbritseva vedeliku (ja seinte, kui see on anumas) normaalse jõu mõju, mis on surve. (Lähemalt sellest allpool.) Vedeliku selline tasakaalutingimus on väidetavalt a hüdrostaatiline seisund.

Vedelikud, mis ei ole hüdrostaatilises või puhkeolekus ning on seetõttu mingisuguses liikumises, kuuluvad teise vedeliku mehaanika valdkonda, vedeliku dünaamika.

Mõelge vedeliku ristlõike viilule. Öeldakse, et see kogeb tugevat stressi, kui ta kogeb stressi, mis on tasapinnaline, või stress, mis osutab tasapinna suunas. Selline vedelikus tekkiv suur stress põhjustab vedelikus liikumist. Normaalne stress seevastu on tõuge sellesse ristlõike piirkonda. Kui ala asub seina vastu, näiteks keeduklaasi külg, avaldab vedeliku ristlõikepindala seina suhtes jõudu (ristlõikega risti) -

Normaalse jõu kontseptsioon võib olla tuttav juba füüsika õppimise algusest peale, sest see näitab palju töötamise ja analüüsimisega vaba keha skeemid. Kui miski istub maapinnal, surub see raskusega võrdse jõuga maapinna poole. Maa omakorda avaldab normaalset jõudu objekti põhjale. See kogeb normaalset jõudu, kuid normaalne jõud ei põhjusta mingit liikumist.

Tugev jõud oleks siis, kui keegi lükkaks eseme küljelt küljele, mis põhjustab objekti liikumise nii pikaks, et see võib ületada hõõrdetakistuse. Vedelas sisalduv jõudu sisaldav tasapind ei hõõrdu, kuna vedeliku molekulide vahel puudub hõõrdumine. See on osa sellest, mis muudab selle vedelaks, mitte kaheks tahkiseks.

Kuid teie ütlete, kas see ei tähendaks, et ristlõige surutakse ülejäänud vedelikku tagasi? Ja kas see ei tähendaks, et see liigub?

See on suurepärane punkt. See vedeliku ristlõikekiht lükatakse ülejäänud vedelikku tagasi, kuid kui see juhtub, surub ülejäänud vedelik tagasi. Kui vedelik on kokkusurumatu, siis ei aja see lükkamine midagi kuhugi. Vedelik hakkab tagasi minema ja kõik jääb paigale. (Kui see on kokkusurutav, on ka muid kaalutlusi, kuid pidagem seda praegu lihtsaks.)

Kõik need vedeliku pisikesed ristlõiked suruvad üksteise vastu ja mahuti seinu, tähistavad väikseid jõu bitte ja kogu see jõud põhjustab vedeliku veel ühe olulise füüsikalise omaduse: surve.

Ristlõikepindade asemel kaaluge vedeliku jagamist väikesteks kuubikuteks. Ümbritsev vedelik (või konteineri pind, kui see on mööda serva) surub kuubi mõlemat külge ja need kõik on nende külgede suhtes normaalsed pinged. Tihedas kuubikus olev kokkusurumatu vedelik ei saa kokku suruda (see tähendab ju lõppkokkuvõttes "kokkusurumatu"), nii et nendes pisikestes kuupides rõhk ei muutu. Ühele neist pisikestest kuubikutest vajutatav jõud on normaalsed jõud, mis täpselt kõrvaldavad külgnevate kuupide pindade jõud.

See jõudude tühistamine erinevates suundades on peamised avastused seoses hüdrostaatilise rõhuga, mida pärast geniaalset prantsuse füüsikut ja matemaatikut tuntakse Pascali seaduse järgi. Blaise Pascal (1623-1662). See tähendab, et rõhk on igas punktis horisontaalsuunas ühesugune ja seetõttu on rõhu muutus kahe punkti vahel võrdeline kõrguse erinevusega.

Teine võtmekontseptsioon vedeliku staatika mõistmisel on tihedus vedeliku kogust. See kajastub Pascali seaduse võrrandis ja iga vedeliku (aga ka tahkete ainete ja gaaside) tihedused on eksperimentaalselt määratavad. Siin on käputäis ühised tihedused.

Tihedus on mass ruumalaühiku kohta. Mõelge nüüd erinevatele vedelikele, jagage kõik nendeks pisikesteks kuubikuteks, mida ma varem mainisin. Kui kõik pisikesed kuubikud on ühesuurused, tähendavad tiheduse erinevused, et erineva tihedusega pisikestel kuubikutel on erinev massimass. Suurema tihedusega pisikeses kuubikus on rohkem "kraami" kui väiksema tihedusega pisikeses kuubikus. Suurema tihedusega kuup on raskem kui madalama tihedusega pisike kuubik ja seetõttu vajub madalama tihedusega väikese kuubikuga võrreldes.

Nii et kui segada kaks vedelikku (või isegi mittevedelikku) kokku, vajuvad tihedamad osad kokku, nii et vähem tihedad osad tõusevad. See ilmneb ka põhimõttes ujuvus, mis selgitab, kuidas vedeliku nihutamine põhjustab ülesjõu, kui mäletate oma Archimedes. Kui pöörate tähelepanu kahe vedeliku segamisele selle toimumise ajal, näiteks õli ja vee segamisel, siis liigub palju vedelikku ja see oleks kaetud vedeliku dünaamika.

Kuid kui vedelik on jõudnud tasakaaluni, on teil erineva tihedusega vedelikke, mis on kihiti ladestunud, kõige suurema tihedusega vedelikuga moodustades põhjakihi kuni madalaima jõudmiseni tihedus pealmise kihi vedelik. Näide selle kohta on toodud selle lehe graafilisel pildil, kus erinevat tüüpi vedelikud on diferentseerunud kihilisteks kihtideks vastavalt nende suhtelisele tihedusele.