MEHANIKA FLUIDA –Realni fluidi 1.VISKOZNOST Kada posmatramo realne fluide onda ne možemo zanemariti trenje koje se javlja u njima pri njihovom kretanju, što je posebno izraženo kod nekih tečnosti.

Newton je dao zakon po kome se trenje u tečnostima tretira analogno trenju čvrstih tijela u mehanici. Ako dvije čvrste ploče pomjeramo jednu preko druge javlja se sila trenja. Na sličan način možemo posmatrati trenje među slojevima tečnosti. Posmatrajmo tečnost između dvije paralelne ploče od kojih je donja ploča fiksirana a gornja se kreće brzinom v0 . Kretanjem gornje ploče nastaće i kretanje slojeva tečnosti , pri čemu će gornji sloj imati najveću brzinu, a donji će biti nepokretan. Na taj način se između slojeva javlja relativno kretanje jednog sloja u odnosu na drugi što rezultira pojavom sile trenja na njihovoj dodirnoj površini.

Smatramo da nema prelaska čestica tečnosti iz jednog sloja u drugi i takvo kretanje se naziva laminarno kretanje i ono se dešava pri malim brzinama

Eksperimentalno je utvrđeno da je sila trenja proporcionalna dodirnoj površini

Slojeva i gradijentu brzine,pa Newtonov zakon trenja u tečnosti glasi:

F = ηSdv/dy Faktor proporcionalnosti η zove se koeficijent viskoznosti i zavisi od vrste tečnosti. Ukoliko je tečnost lakše pokretljiva, njena viskoznost je manja. Voda, na primjer ima znatno manji koeficijent viskoznosti od glicerina ili meda. Viskoznost zavisi od temperature i kod tečnosti opada sa temperaturom a kod gasova raste.

Nekad se koeficijent viskoznosti η naziva dinamička viskoznost i izražava se u Ns/m2 = Pa· s.Ranije se koristila deset puta manja jedinica poaz 1P= 0,1 Pa· s

Odnos viskoznosti η i gustine fluida ρ naziva se kinematička viskoznost (η/ρ).

2. TURBULENTNO KRETANJE Pri većim brzinama strujanja fluida dolazi do prelaska čestica fluida iz jednog sloja u drugi tj. do međusobnog mješanja slojeva i pojave vrtloga.Takvo kretanje se naziva turbulentno kretanje.

Kada će laminarno kretanje preći u turbulentno zavisi od mnogo okolnosti, koje se jednostavnom teorijom ne mogu predvidjeti. Uglavnom se turbulantno kretanje javlja pri većim brzinama, ali zavisi i od oblika suda, prečnika mlaza, obrade površine suda i drugih faktora. Eksperimentalno je utvrđeno da se pri turbulentnom kretanju javlja drugačiji raspored brzina.

R v D v

Dok je pri laminarnom kretanju raspodjela brzina parabolička i unutrašnje trenje proporcionalno brzini fluida, pri turbulentnom brzina je po cijelom presjeku cijevi ista i naglo pada tek u blizini zidova cijevi a unutrašnje trenje je uglavnom proporcionalno kvadratu brzine. Općenito unutrašnje trenje se znatno povećava pri turbulentnom kretanju.

Brzina pri kojoj dolazi do prelaska laminarnog u turbulentno kretanje naziva se kritičnom brzinom .

Eksperimentalna istraživanja su pokazala da kritična brzina zavisi od koeficijenta viskoznost, gustine fluida kao i od dimenzija mlaza, ali i od drugih faktora koji se ne mogu tačno odrediti. Zbog toga se kao kriterijum za određivanje prirode kretanja fluida koristi Reynoldsov broj Re (Osborne Reynolds,1842-1912)

Re = ρvl/η= ρvD/η

Za: Re < 2000 kretanje fluida je laminarno

2000< Re < 3000 kretanje je promjenjljivo

Re > 3000 kretanje fluida je turbulentno

3.OTPOR SREDINE Otporom sredine naziva se sila trenja kojom se neki fluid opire kretanju nekog tijela kroz njega. Ovaj otpor igra značajnu ulogu u tehnici. Na primjer pri kretanju aviona kroz vazduh ili broda po vodi javlja se otporna sila , pa se nastoji da se ova sila svede na minimum.

Otpor sredine samo je poseban slučaj opšte pojave trenja u fluidima. Ova sila se ne javlja samo kao rezultat trenja površine tijela sa okolnim fluidom. Pri kretnju tijelo povlači sa sobom i slojeve fluida, pa sila trenja predstavlja rezultat kretanja tijela i slojeva fluida oko njega.

Za lagano kretanje lopte kroz neki fluid , pri čemu nema turbulencije, važi Stoksov (George Stokes ) zakon za silu trenja:

F = 6πηrv

Gdje je r poluprečnik sfere, v njena brzina , a η viskoznost fluida.

Pri većim brzinama kretanja tijela kroz fluid postoji mogućnost pojave turbulencije što znatno povećava silu trenja. Zavisno od oblika tijela , a ne samo od njegovih dimenzija javljaju se vrtlozi a time i veća sila otpora kretanju tijela.

Otpor sredine može se tumačiti pomoću pritiska. Rad sile trenja vrši se na račun energije pritiska. Zato je pritisak iza tijela uvijek manji od pritiska ispred tijela.Jasno je da će pri kretanju tijela postojati sila uslijed razlike pritisaka, koja je usmjerana ka manjem pritisku odnosno suprotno brzini kretanja tijela u odnosu na fluid. Pojava vrtloga izaziva veću razliku pritisaka, a time i veći otpor sredine. Zbog toga se biraju tijela takvog oblika koja ne izazivaju turbulenciju tj. smanuju otpor i to je tzv. aerodinamični oblik.