Fluidodinamica
La fluidodinamica parla di come funzionano i fluidi (liquidi e gas). È una delle parti più antiche dello studio della fisica, ed è studiata da fisici, matematici e ingegneri. La matematica può descrivere come si muovono i fluidi usando formule matematiche chiamate equazioni. La fluidodinamica dei gas è chiamata aerodinamica.
Capire come si comportano i fluidi ci aiuta a capire cose come il volo o le correnti oceaniche. Per esempio, la dinamica dei fluidi può essere usata per capire il tempo atmosferico, perché le nuvole e l'aria sono entrambi fluidi. La dinamica dei fluidi può anche essere usata per capire come gli aerei volano nell'aria o come le navi e i sottomarini si muovono nell'acqua.
I programmi per computer possono usare le equazioni matematiche della dinamica dei fluidi per modellare e prevedere le azioni dei fluidi in movimento. I computer ci hanno aiutato molto a capire la dinamica dei fluidi, e alcune persone studiano come modellare o simulare i fluidi solo con un computer. Lo studio di come la fluidodinamica può essere fatta con i computer è chiamato fluidodinamica computazionale (o CFD in breve).
Equazioni importanti nella dinamica dei fluidi
Le equazioni matematiche che governano il flusso dei fluidi sono semplici da pensare ma molto difficili da risolvere. Nella maggior parte dei casi della vita reale non c'è modo di ottenere una soluzione che possa essere scritta e un computer deve essere usato per calcolare la risposta. Ci sono tre equazioni fondamentali basate su tre regole.
Conservazione della massa: la massa non si crea né si distrugge, semplicemente si sposta da un posto all'altro. Questo dà l'equazione di conservazione della massa. A volte questo può non applicarsi, come nel caso di un flusso che coinvolge una reazione chimica.
Conservazione dell'energia: questa è la prima legge della termodinamica, l'energia non viene mai creata o distrutta, cambia solo forma (cioè l'energia cinetica in energia potenziale) o si sposta.
Conservazione della quantità di moto: è la seconda legge di Newton e afferma che Forza = tasso di variazione della quantità di moto. La quantità di moto è massa per la velocità. Le equazioni della quantità di moto sono le equazioni che rendono difficile risolvere i problemi di fluidodinamica. Ci sono un certo numero di versioni diverse che includono una serie di effetti diversi. Le equazioni di Navier-Stokes sono equazioni di quantità di moto, e le equazioni di Eulero sono le equazioni di Navier-Stokes ma senza viscosità. C'è un'equazione di quantità di moto in un problema 1D e tre, una in ogni direzione dello spazio, in 3D.
Per risolvere le equazioni sono spesso necessarie più informazioni sotto forma di un'equazione di stato. Questa mette in relazione le proprietà termodinamiche (di solito pressione e temperatura) tra loro per un tipo specifico di fluido. Un esempio è l'equazione di stato del "gas ideale" che mette in relazione pressione, temperatura e densità e funziona bene per i gas sotto pressioni normali (come l'aria a pressione atmosferica).
- Equazione di Poiseuille
- Teorema di Bernoulli
- Equazioni di Navier-Stokes
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Domande e risposte
D: Di cosa parla la Dinamica dei Fluidi?
R: La dinamica dei fluidi parla del funzionamento dei fluidi (liquidi e gas).
D: Chi studia la fluidodinamica?
R: La fluidodinamica è studiata da fisici, matematici e ingegneri.
D: In che modo la matematica può descrivere il movimento dei fluidi?
R: La matematica può descrivere il movimento dei fluidi utilizzando formule matematiche chiamate equazioni.
D: Come si chiama la fluidodinamica dei gas?
R: La fluidodinamica dei gas si chiama aerodinamica.
D: Perché è importante capire il comportamento dei fluidi?
R: Capire come si comportano i fluidi ci aiuta a capire cose come il volo o le correnti oceaniche.
D: Come possono i programmi informatici utilizzare le equazioni matematiche della fluidodinamica?
R: I programmi informatici possono utilizzare le equazioni matematiche della fluidodinamica per modellare e prevedere le azioni dei fluidi in movimento.
D: Come si chiama lo studio di come si può fare la fluidodinamica con i computer?
R: Lo studio di come la fluidodinamica può essere eseguita con i computer si chiama fluidodinamica computazionale (o CFD in breve).
