Физичко поље статике флуида

Статика флуида је поље физике која укључује проучавање течности у мировању. Будући да ове течности нису у покрету, то значи да су постигли стабилно равнотежно стање, тако да се статичка течност углавном односи на разумевање ових услова равнотеже течности. Када се фокусирате на некомпресобилне течности (као што су течности), за разлику од течности за стискање (као што је већина гасови), понекад се назива и хидростатика.

Течност у мировању не подноси никакав стрес, и доживљава само утицај нормалне силе околне течности (и зидова, ако се налази у посуди), што је притисак. (Више о томе у наставку.) Каже се да је овај облик равнотежног стања течности а хидростатичко стање.

Течности које нису у хидростатском стању или у мировању и зато су у неком покрету, спадају у друго поље механике флуида, динамика флуида.

Узмите у обзир пресек течности у попречном пресеку. Каже се да доживљава чисти стрес ако доживљава копланарни стрес или стрес који показује у правцу унутар равнине. Такав чист стрес, у течности, изазиваће кретање унутар течности. С друге стране, нормалан стрес је гурање у то подручје пресјека. Ако је подручје уз зид, као што је страна чаше, тада ће површина попречног пресека течности извршити силу према зиду (окомито на пресек - дакле,

Концепт нормалне силе можда је познат већ од раног проучавања физике, јер се показује доста у раду и анализирању дијаграми слободног тела. Кад нешто непомично лежи на земљи, она се гура према земљи снагом једнаком његовој тежини. Тло заузврат врши нормалну силу на дну објекта. Доживљава нормалну силу, али нормална сила не резултира никаквим кретањем.

Велика сила била би када би неко гурнуо предмет са стране, због чега би се предмет тако дуго кретао да би могао савладати отпор трења. Копланарна сила унутар течности, међутим, неће бити изложена трењу, јер не постоји трење између молекула течности. То је део онога што га чини течнијим, а не две чврстине.

Али, кажете, не би ли то значило да се пресјек гура натраг у остатак течности? И не би ли то значило да се креће?

Ово је одлична поента. Тај попречни пресек течности се гура назад у остатак течности, али када то учини, остатак течности се гура назад. Ако је течност некомпресивна, тада ово притискање неће нигде преместити. Течност ће се повући и све ће остати мирно. (Ако је стисљиво, има и других разлога, али нека је за сада све једноставно.)

Сви ти ситни пресеци течности који се гурају један против другог и према зидовима посуде, представљају ситне делове силе, а сва ова сила резултира другим важним физичким својством течности: притисак.

Уместо површина попречног пресека, размотрите течност подељену у сићушне коцке. Сваку страну коцке притисне околна течност (или површина посуде, ако је уз ивицу) и све су то нормални напони на тим странама. Нестисљива течност унутар малене коцке не може да се сажима (то, на крају, значи "некомпресибилни"), тако да нема промене притиска унутар тих ситних коцкица. Снага притиска на једну од тих сићушних коцкица биће нормалне силе које тачно откажу силе са суседних површина коцке.

Ово отказивање сила у разним смеровима је кључно откриће у вези са хидростатичким притиском, познатим као Паскалов закон по сјајном француском физичару и математичару Блаисе Пасцал (1623-1662). То значи да је притисак у било којој тачки исти у свим хоризонталним смеровима, и самим тим ће промена притиска између две тачке бити пропорционална разлици у висини.

Други кључни концепт у разумевању статике течности је густина течности. То се односи у Пасцалову једнаџбу закона и свака течност (као и чврсте супстанце и гасови) има густину која се може експериментално одредити. Ево неколико њих уобичајене густине.

Густина је маса по јединици запремине. Сад размислите о разним течностима, а све се поделило у оне малене коцкице које сам раније споменуо. Ако је свака ситна коцка исте величине, тада разлике у густини значе да ће малене коцке различите густоће у њима имати различиту количину масе. Ситна коцка веће густине имаће више „ствари“ од мале коцке мањег густина. Коцка веће густине биће тежа од мале коцке мање густине и зато ће потонути у поређењу са малом коцком мање густине.

Дакле, ако помешате две течности (или чак не-течности) заједно, гушће делове ће потонути да ће се мање густи делови дизати. То је очигледно и у принципу пловност, то објашњава како премештање течности резултира узлазном силом, ако се сећате своје Архимед. Ако обратите пажњу на мешање две течности док се то дешава, на пример када помешате уље и воду, доћи ће до великог кретања течности и то би прекрило динамика флуида.

Али када течност достигне равнотежу, имаћете течности различите густине који су се слегли у слојеве, а течност највеће густине формира доњи слој, све док не достигнете најнижи густина течност на горњем слоју. Примјер за то приказан је на графичкој слици ове странице, гдје су се текућине различитих врста разграничиле у слојевите слојеве на основу њихове релативне густоће.