Mécanique des fluides de l'histoire, quelles études, fondamentaux

La mécanique des fluides C'est la branche de la mécanique dédiée à l'étude des propriétés et du comportement des fluides, que ce soit des liquides ou des gaz. Il est basé sur les principes de la mécanique newtonienne de Newton: les lois de Newton, la conservation de l'énergie et l'élan.

Dans les sciences de l'ingénierie et de la vie, les fluides ont un rôle principal. L'air et l'eau qui nous entourent et qui soutiennent la vie sont fluides, ainsi que le sang et d'autres liquides dans le corps humain et chez les animaux.

Mécanique des fluides étudie le comportement des gaz et des liquides tels que l'eau. Source: Pixabay.

Les courants d'air et les courants aquatiques sont des facteurs qui déterminent le climat et les caractéristiques des écosystèmes qui abritent des êtres vivants. Les plantes, qui sont le soutien de la vie, profitent des qualités des liquides pour s'adapter et prospérer dans différents environnements.

D'un autre côté, connaître le comportement des fluides est essentiel dans la conception. Les structures qui façonnent la civilisation. De là surgit la conception de tuyaux, de systèmes d'irrigation, de constructions civiles, de refroidissement, de chauffage, de voitures, de bateaux, d'avions, d'articles sportifs et bien plus encore.

Les mécanismes des fluides continuent d'agir de s'éloigner de l'environnement terrestre. En effet, le soleil, le centre du système solaire, est une masse colossale de liquide gazeux, dont l'existence dépend de l'équilibre entre la gravité et la pression hydrostatique.

Les champs magnétiques stellaires et planétaires sont une conséquence du mouvement des charges électriques et sont modélisées par la dynamique des fluides. Pour autant que nous sachions, ces principes sont également valables pour toutes les étoiles, donc la mécanique des fluides est une discipline de nature universelle.

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Brève histoire

Antiquité

Les civilisations anciennes qui prospéraient au Moyen-Orient et en Europe de l'Est avaient une solide connaissance du comportement des liquides. Ils ont été révélés dans la construction de canaux d'irrigation et de navires.

Au troisième siècle avant JC, le physicien archimede de Syracuse (287-212 à.C.) a formulé les principes du flotteur et de l'hydrostatique, comme valide alors que maintenant.

Il peut vous servir: quelle est l'enthalpie de formation? (Avec des exercices)Dessin de Syracuse Archimède

Il est connu que les anciens Romains sont devenus notables pour la gestion et le transport des eaux à usage domestique et agricole. Ils ont construit des salles de bains et beaucoup de leurs aqueducs se lèvent encore.

Moyen Âge et Renaissance

Dessin Leonardo da Vinci

Les Arabes qui ont envahi la péninsule ibérique ont apporté avec eux de nombreuses connaissances des Grecs qui ont mis en pratique lors de la construction de leurs bâtiments.

Mais le moyen âge est passé sans l'appareil.

Ère moderne jusqu'à aujourd'hui

Dessin Blaise Pascal

Blaise Pascal (1623-1662) était un scientifique français qui s'est aventuré dans de nombreux domaines de connaissances en son temps et a jeté un nouveau éclairage sur la nature des fluides en établissant, vers 1648, le principe qui porte son nom et la création de la presse hydraulique. Quelques années avant que l'évangéliste Torricelli (1608-1647) a été le premier à mesurer la pression atmosphérique.

Mais c'est Isaac Newton (1642-1727) qui a jeté les fondements des phénomènes associés aux liquides. Non seulement lors de l'établissement des trois lois de la dynamique, applicables à tous les objets avec masse.

Isaac Newton expérimentant la lumière

Newton a également étudié la viscosité des liquides: en fait, il existe une loi de Newton pour la viscosité qui reste en vigueur aujourd'hui.

En 1738, le mathématicien suisse et physique Daniel Bernoulli (1700-1782), a appliqué la conservation de l'énergie à un fluide idéal et a formulé l'équation qui porte son nom et décrit le comportement des fluides en mouvement. En même temps, Claude Navier (1785-1836) et George Stokes (1819-1903) ont développé les équations fondamentales de la dynamique des fluides visqueux.

Daniel Bernoulli

Terminant le XIXe siècle, Osborne Reynolds (1842-1912) a étudié la turbulence et a établi un critère pour distinguer les flux laminaires et turbulents.

L'analyse dimensionnelle appliquée aux fluides survient également, avec Ludwig Prandtl (1875-1953) et le numéro Prandtl. L'informatique a favorisé des simulations d'écoulement de fluide beaucoup plus complexes, de nature fréquente mais difficile à caractériser avec les modèles analytiques disponibles.

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Ce qui étudie la mécanique des fluides?

La mécanique des fluides étudie le comportement des fluides et est divisé en trois domaines principaux:

• Liquides statiques ou liquides au repos.
• Cinématique fluide: décrire le mouvement des liquides.
• Dynamique des fluides, qui étudie l'origine dudit mouvement.

Ces disciplines s'appliquent aux gaz et aux fluides, bien que l'étude exclusive soit appelée hydraulique. Hydrostatique pour sa part, fait référence à l'étude des liquides de repos et de l'hydrodynamique, lorsqu'ils se déplacent.

La réologie couvre les connaissances liées aux déformations et au flux de matière. Bien qu'il soit considéré comme faisant partie de la mécanique des médias continus, il est étroitement lié aux fluides, car ceux-ci sont caractérisés précisément par leur capacité à couler.

Les autres branches importantes sont l'aérodynamique, qui analyse le flux de gaz tels que l'air, ainsi que la météorologie, l'océanographie et l'hydrologie.

Fondamentaux de la mécanique des fluides

Lors de l'observation des fluides, il est constaté qu'ils sont formés par des atomes et des molécules, pas aussi liés les uns aux autres que ceux d'un solide. Il est possible de suivre la piste du mouvement d'un objet étendu mais fini, mais comment surveiller les innombrables particules dans un gaz ou un liquide?

Densité, poids et pression spécifiques

La réponse réside dans ces concepts clés: densité et pression. Au lieu de travailler avec des masses et des poids individuels, il fonctionne avec la densité, qui est la masse par unité de volume. Associé à la densité est le poids spécifique, qui est le poids du liquide par unité de volume.

Et au lieu de la force, les fluides sont caractérisés par pression qui exercent sur les surfaces, qui est définie comme une force par unité de surface.

Gelée

Décrit le frottement entre les couches du fluide, une caractéristique qui détermine comment son mouvement sera.

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Le principe d'Archimede

Le principe d'Archimède est fondamental en hydrostatique. Cela indique qu'un corps totalement ou partiellement submergé dans une expérience de fluide au repos.

Principe Pascal

Établit que la pression dans un fluide incompressible dans un récipient est transmise d'un point à un autre de la même avec la même intensité.

Équation de Bernoulli

Il équivaut à la conservation de l'énergie mécanique appliquée à une partie fluide idéale qui circule à travers un tuyau.

Le numéro de Reynold

C'est une quantité sans dimension utilisée pour distinguer les écoulements laminaires et les turbulents.

Numéro Prandtl

C'est une quantité sans dimension qui caractérise le transfert de chaleur par convection à l'écoulement d'un certain fluide.

Applications de mécanique des fluides

Au début, nous avons donné une liste sans importance des multiples applications de la mécanique des fluides. Ensuite, nous nommerons brièvement certains des plus pertinents:

La presse hydraulique

Une presse hydraulique est une machine basée sur le principe Pascal. Source: Wikimedia Commons.

C'est une machine qui se compose d'un tube avec deux sections transversales différentes, pleines d'un fluide incompressible. Lorsqu'une force est appliquée à un piston dans la section étroite, elle est multipliée à la sortie d'un plus grand piston dans la section large.

Compresseurs

Ce sont des machines qui augmentent la pression au moment où ils déplacent certains liquides compressibles, comme les gaz. De cette façon, ils les forcent à couler, alors qu'ils gagnent de l'énergie qui peut être utilisée pour faire un travail mécanique.

Turbines

Les machines qui utilisent un liquide pour faire tourner les lames ou les hélices, qui font également des travaux mécaniques.

Climatiseurs

Les systèmes chauffés: chauffage et climatisation sont basés sur les propriétés des fluides pour thermiquement les environnements.

Les références

1. Cimbala, C. 2006. Mécanique des fluides, des fondamentaux et des applications. MC. Graw.
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4. Potter, m. Mécanique des fluides. 3e. Édition. Thomson.
5. Tippens, P. 2011. Physique: concepts et applications. 7e édition. McGraw Hill.