Die Flüssigkeitsgesetze sind grundlegende Prinzipien, die das Verhalten von Flüssigkeiten in Bewegung oder im Ruhezustand beschreiben. Diese Gesetze, wie unter anderem die Kontinuitätsgleichung, das Bernoulli-Gesetz, das Pascal-Gesetz und das Archimedes-Gesetz, sind in verschiedenen Disziplinen wie Ingenieurwesen, Physik und Biologie von entscheidender Bedeutung.
Sie bieten einen theoretischen Rahmen zum Verständnis strömungsmechanischer Phänomene wie der Strömung von Flüssigkeiten in Rohrleitungssystemen, dem Schweben von Objekten in Flüssigkeiten, dem Flugzeugdesign und der Blutzirkulation im menschlichen Körper.
Im Folgenden bieten wir eine vereinfachte Erklärung dieser Gesetze, Prinzipien und Gleichungen.
Kontinuitätsgleichung
Stellen wir uns einen mächtigen Fluss vor, der ständig fließt. Die Kontinuitätsgleichung sagt uns, dass die Wassermenge, die an einem bestimmten Punkt in den Fluss eindringt, gleich der Menge sein muss, die an derselben Stelle austritt, solange es im System zu keiner Ansammlung oder zu keinem Wasserverlust kommt.
Dieses Gesetz stellt einen direkten Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit und der Querschnittsfläche einer Flüssigkeitsströmung her. In der Technik wird dieses Gesetz häufig bei der Konstruktion von Rohr- und Kanalsystemen angewendet, um einen gleichmäßigen und effizienten Flüssigkeitsfluss sicherzustellen.
Bernoullis Gesetz
Wenn Sie jemals auf die Oberfläche eines heißen Getränks geblasen haben, um es abzukühlen, haben Sie das Bernoulli-Gesetz in Aktion erlebt. Dieses Gesetz stellt einen Zusammenhang zwischen Druck, Geschwindigkeit und Höhe einer inkompressiblen Flüssigkeit in Bewegung her.
Bei einer reibungsfreien Strömung bleibt die Gesamtenergie der Flüssigkeit (Kinetik, Potential und Druck) während der gesamten Strömung konstant. Aufgrund der in diesem Gesetz beschriebenen Prinzipien fliegen Flugzeuge, Achterbahnautos rutschen und Regentropfen fallen.
Pascals Prinzip
Stellen Sie sich einen Wasserbeutel vor, in den mehrere Strohhalme eingelegt sind. Wenn Sie Druck auf einen Strohhalm ausüben, spüren alle anderen die Wirkung. Das Prinzip von Pascal besagt, dass der an einem Punkt einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit ausgeübte Druck ohne Verringerung auf alle Punkte der Flüssigkeit und auf die Wände des Behälters übertragen wird.
Dieses Prinzip der Fluidtechnik wird im Wasserbau und beim Verständnis der Funktionsweise von Geräten wie hydraulischen Wagenhebern angewendet, die zum Anheben von Autos in mechanischen Werkstätten verwendet werden.
Archimedes Prinzip
Wenn Sie in einen Pool eintauchen, erleben Sie das Prinzip von Archimedes in Aktion. Dieses Prinzip besagt, dass ein in eine Flüssigkeit eingetauchtes Objekt eine Auftriebskraft erfährt, die dem Gewicht des vom Objekt verdrängten Flüssigkeitsvolumens entspricht.
Schiffe schwimmen beispielsweise, weil das von ihnen verdrängte Wasser so viel wiegt wie das Schiff selbst. Mit diesem Gesetz können Phänomene wie das Auftreiben von Eisbergen und die Entstehung von Meeresströmungen untersucht werden.
Stokessches Gesetz
Dieses vom britischen Physiker George Gabriel Stokes im 19. Jahrhundert entwickelte Gesetz beschreibt die Widerstandskraft, die ein kleines kugelförmiges Teilchen erfährt, das sich mit relativ geringer Geschwindigkeit durch eine viskose Flüssigkeit bewegt.
Das Gesetz von Stokes ist insbesondere in der Mikroflüssigkeitsdynamik und in Anwendungen relevant, bei denen die Bewegung kleiner Partikel in viskosen Flüssigkeiten eine wichtige Rolle spielt, beispielsweise bei der Sedimentation suspendierter Partikel, der Diffusion von Partikeln in biologischen Flüssigkeiten und der Filtration in Filtersystemen. Membranen. Darüber hinaus wird es bei der Bestimmung der Flüssigkeitsviskosität durch experimentelle Techniken wie Viskosimetrie verwendet.
Ein Beispiel für dieses Gesetz tritt auf, wenn ein Regentropfen langsam durch das Fenster fällt. Sie sehen das Gesetz von Stokes in Aktion.
