ของไหล
ของไหล (fluid) ครอบคลุมทั้งของเหลวและแก๊ส — สิ่งที่เปลี่ยนรูปตามภาชนะที่บรรจุ บทนี้อธิบายความดันในของไหล การลอยตัว และการไหลของของไหล ซึ่งอธิบายได้ตั้งแต่แม่แรงไฮดรอลิกไปจนถึงว่าทำไมเครื่องบินจึงบินได้
ความดันในของไหล
ความดัน ณ ความลึก h ใต้ผิวของไหลที่มีความหนาแน่น ρ คำนวณจาก P = ρgh — ความดันนี้เพิ่มขึ้นตามความลึกเพียงอย่างเดียว ไม่ขึ้นกับรูปทรงหรือขนาดของภาชนะ
ความดันสมบูรณ์ (absolute pressure) ที่จุดนั้นต้องรวมความดันบรรยากาศที่กดอยู่บนผิวด้วย P = P0 + ρgh โดย P0 คือความดันบรรยากาศ
หลักของปาสคาล
หลักของปาสคาล กล่าวว่าความดันที่กระทำต่อของไหลที่ปิดอยู่ในภาชนะ จะถูกส่งผ่านไปยังทุกจุดในของไหลนั้นอย่างเท่าเทียมกัน
แม่แรงไฮดรอลิกใช้หลักนี้: ออกแรงเล็กน้อยที่ลูกสูบพื้นที่เล็ก F1/A1 จะเกิดความดันเท่ากันที่ลูกสูบพื้นที่ใหญ่ F2/A2 ทำให้ได้แรงยกที่ใหญ่กว่าแรงที่ออก (แลกกับระยะทางที่ลูกสูบเล็กต้องเคลื่อนที่มากกว่า)
- F1/A1 = F2/A2 → แรงขยายได้เมื่อพื้นที่ลูกสูบต่างกัน
หลักของอาร์คิมิดีสและแรงลอยตัว
หลักของอาร์คิมิดีสกล่าวว่า วัตถุที่จมอยู่ในของไหล (ทั้งหมดหรือบางส่วน) จะได้รับแรงลอยตัวเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่วัตถุนั้นแทนที่ Fb = ρVg โดย ρ คือความหนาแน่นของของไหล และ V คือปริมาตรของของไหลที่ถูกแทนที่
วัตถุจะลอย จม หรือลอยปริ่มน้ำ ขึ้นอยู่กับการเปรียบเทียบความหนาแน่นเฉลี่ยของวัตถุกับความหนาแน่นของของไหล — ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นน้อยกว่าของไหล จะลอยได้โดยจมเพียงบางส่วน
สมการความต่อเนื่องและสมการแบร์นูลลี
สมการความต่อเนื่อง (continuity equation) อธิบายการไหลของของไหลที่ไม่มีการอัดตัว (incompressible) ผ่านท่อที่มีพื้นที่หน้าตัดต่างกัน A1v1 = A2v2 — ท่อแคบลง ความเร็วการไหลต้องเพิ่มขึ้น
สมการแบร์นูลลี P + ½ρv² + ρgh = ค่าคงตัว อธิบายการอนุรักษ์พลังงานของของไหลที่ไหลอย่างต่อเนื่อง — บริเวณที่ของไหลไหลเร็วขึ้น (v สูง) ความดันจะลดลง หลักการนี้อธิบายแรงยกของปีกเครื่องบินได้
- ความดันในของไหล
- P = ρgh
- ความดันสมบูรณ์
- P = P0 + ρgh
- แรงลอยตัว (อาร์คิมิดีส)
- Fb = ρVg
- สมการความต่อเนื่อง
- A1v1 = A2v2
- สมการแบร์นูลลี
- P + ½ρv² + ρgh = คงที่