Artykuł: Właściwości fizyczne cieczy w praktyce – rozwiązanie zadania z mechaniki płynów
Wprowadzenie do zagadnienia właściwości fizycznych cieczy
Mechanika płynów to fascynująca dziedzina fizyki, która bada zachowanie cieczy i gazów. Jeśli zastanawiasz się, jak siła, lepkość i prędkość wpływają na ruch przedmiotów zanurzonych w cieczy, to trafiłeś w dobre miejsce! W dzisiejszym artykule weźmiemy na warsztat ciekawe zadanie dotyczące ruchu pręta wypełnionego olejem. Przy okazji wyjaśnimy krok po kroku, jak obliczyć siłę potrzebną do poruszania obiektu w cieczy.
Siła w mechanice płynów – jak obliczyć siłę potrzebną do ruchu pręta w rurce?
Opis problemu: pręt w rurce wypełnionej olejem
W naszym zadaniu mamy rurę o średnicy 10 cm, wypełnioną olejem o lepkości wynoszącej 0,16 Pa·s. W rurze znajduje się pręt o długości 50 cm i średnicy 8 cm. Pytanie brzmi: jaka siła jest potrzebna, aby poruszać pręt z jednostajną prędkością 1 m/s?
Dane, które przydadzą się w obliczeniach
Zanim zaczniemy, uporządkujmy dostępne dane:
Średnica rury: 10 cm (czyli 0,1 m),
Średnica pręta: 8 cm (czyli 0,08 m),
Lepkość oleju: 0,16 Pa·s,
Prędkość ruchu pręta: 1 m/s,
Długość pręta: 0,5m,
Jak obliczyć siłę potrzebną do poruszania pręta w cieczy?
Formuła na siłę lepkości
W przypadku ciał poruszających się w cieczy, takich jak pręt w rurze z olejem, siłę oporu (siłę lepkości), można wyliczyć z wzoru:
Gdzie:
F – siła lepkości (czyli siła, którą chcemy obliczyć),
γ– lepkość cieczy (w tym przypadku 0,16 Pa·s),
A – powierzchnia styku pręta z cieczą,
V – szybkość ruchu pręta (1 m/s),
y – odległość między powierzchnią pręta a ścianką rury.
Krok 1: Obliczenie odległości między prętem a rurą
Pierwszym krokiem będzie obliczenie odległości między powierzchnią pręta a ścianką rury. Mamy średnicę rury 10 cm i pręta 8 cm, więc odległość między nimi wynosi:
Krok 2: Obliczenie powierzchni styku A
Powierzchnię styku A wyliczamy na podstawie obwodu pręta oraz jego długości:
A=π⋅dpręta⋅L= π⋅0,08m⋅0,5m=0,1256m2
Krok 3: Podstawienie do wzoru i obliczenie siły
Podstawiając wszystkie dane do wzoru na siłę lepkości:
Podsumowanie – odpowiedź na pytanie
Siła potrzebna do poruszania pręta z prędkością 1 m/s wynosi 2,01 N. Wykorzystanie wzoru na siłę lepkości pozwoliło nam przejść krok po kroku do wyniku, który pomaga lepiej zrozumieć, jak właściwości cieczy wpływają na ruch obiektów zanurzonych w niej.
Zapraszam cię również do odwiedzenia mojego kursu w którym znajdziesz więcej zadań z mechaniki płynów.
http://fizyka-kursy.pl/kurs/mechanika-plynow
