Akışkanlar dinamiği, hareket halindeki sıvıların ve gazların davranışını inceleyen temel bir fizik alanıdır. Akışkan akışı, basınç, hız ve akışkanlara etki eden kuvvetler dahil olmak üzere çeşitli kavramları kapsar. Akışkanlar dinamiğinin mühendislik, meteoroloji, oşinografi ve hatta biyolojik sistemlerin anlaşılmasında önemli uygulamaları vardır. Bu ders akışkanlar dinamiğinin temel kavramlarını keşfederek akışkanların farklı koşullar altında nasıl davrandığına dair bilgiler sunacaktır.
Sıvı, kendisine uygulanan herhangi bir kesme kuvvetine karşı koyamayan bir maddedir. Bir kesme kuvveti uygulandığında akışkan sürekli olarak deforme olur. Sıvılar hem sıvıları hem de gazları içerir. Akma ve bulundukları kabın şeklini alma gibi belirgin bir özelliğe sahiptirler.
Viskozite, bir akışkanın akmaya karşı direncinin bir ölçüsüdür. Bir sıvının ne kadar kalın veya şuruplu olduğunu açıklar. Suyun viskozitesi düşüktür, yani kolayca akar, bal ise yüksek viskoziteye sahiptir ve daha yavaş akar. Viskozitenin matematiksel gösterimi genellikle \(\mu\) sembolüyle verilir. SI sistemindeki viskozite birimi Pascal saniyesidir ( \(Pa\cdot s\) ).
Bir akışkanda iki tür akış meydana gelebilir: laminer ve türbülanslı. Laminer akış, genellikle düşük hızlarda hareket eden akışkanlarda görülen düzgün, düzenli akışkan hareketi ile karakterize edilir. Bunun tersine, türbülanslı akış kaotiktir ve yüksek hızlarda meydana gelir. Laminer akıştan türbülanslı akışa geçiş, şu şekilde hesaplanan Reynolds sayısı ( \(Re\) ) ile belirlenir:
\(Re = \frac{\rho vL}{\mu}\)Burada \(\rho\) sıvı yoğunluğu, \(v\) sıvı hızı, \(L\) karakteristik doğrusal boyut ve \(\mu\) sıvının dinamik viskozitesidir.
Basınç akışkanlar dinamiğinde kritik bir kavramdır. Sıvı parçacıklarının birim alana uyguladığı kuvvettir. Sıvı basıncı derinliğe göre değişir ve aşağıdaki denklemle verilir:
\(P = P_0 + \rho gh\)Burada \(P\) \(h\) derinlikteki akışkan basıncıdır, \(P_0\) yüzeydeki akışkan basıncıdır, \(\rho\) akışkanın yoğunluğudur, \(g\) yerçekimine bağlı ivme ve \(h\) yüzeyin altındaki derinliktir.
Bernoulli Prensibi akışkanlar dinamiğinde bir akışkanın hızı, basıncı ve yüksekliğinin nasıl ilişkili olduğunu açıklayan temel bir prensiptir. Bu prensibe göre, bir akışkanın hızındaki bir artış, basınçtaki bir azalma veya akışkanın potansiyel enerjisindeki bir azalma ile eş zamanlı olarak meydana gelir. İlke şu şekilde ifade edilir:
\(P + \frac{1}{2}\rho v^2 + \rho gh = \textrm{devamlı}\)Burada \(P\) basınç, \(\rho\) sıvının yoğunluğu, \(v\) sıvının hızı ve \(h\) bir referans noktasının üzerindeki yüksekliktir.
Akışkanlar dinamiğini anlamak, günlük hayattan basit deneyler ve gözlemler yoluyla geliştirilebilir:
Akışkanlar dinamiği bilim ve mühendisliğin birçok alanında önemli bir rol oynar:
Akışkanlar dinamiği, akışkanların çeşitli durumlarda nasıl davrandığına dair bilgiler sunan büyüleyici bir fizik alanıdır. Nehirlerdeki suyun akışından gelişmiş uçak tasarımına kadar akışkanlar dinamiğinin ilkeleri, günlük yaşamın ve teknolojinin birçok alanında uygulama alanı bulmaktadır. Bu ilkeleri anlamak, çevre bilimi, mühendislik ve tıp dahil olmak üzere çeşitli alanlarda yenilik yapma ve karmaşık sorunları çözme yeteneğimizi geliştirir.
