Akışkanlar Mekaniği

VIP VIP Üye

18 Mayıs 2012 Mesaj #1

VIP VIP Üye

Akışkanlar Mekaniği
MsXLabs.org & Vikipedi, özgür ansiklopedi

Sponsorlu Bağlantılar

Akışkanlar mekaniği, akışkan olarak adlandırılan maddelerin (genel olarak sıvılar ve gazlar, bunların dışında da bazı diğer maddeler) fiziksel davranışlarını inceleyen bilim dalıdır. Başlıca Akışkan Statiği ve Akışkan Dinamiği olmak üzere ikiye ayrılır. Hidrolik, akustik, aerodinamik, pnömatik gibi alt dalları vardır.
Akışkanlar mekaniği bilimi temel mühendislik bölümlerinden olan hidrojeoloji, inşaat, makine ve kimya, tekstil mühendisliklerinde zorunlu olarak okutulur. Akışkanlar mekaniği konuları basit bir boyut analizi ile baslayip vizkozite ardından sıvı ve gaz basınçlarının incelenmesiyle devam eder. Bernoulli süreklilik denklemleriye değişkenlerden bilinmeyenler bulunabilir. Navier-Stokes denklemleri yardımıyla 3 boyutlu basınç gradyenlerine ulaşılabilir. Bunlar oldukça karmaşık olduklarından genelde çözümlerinde çok güçlü bilgisayarlar kullanılmaktadır. Çok işlevsel olup hayatın her alanında uygulamalarını görebilirsiniz. Akışkanlar mekaniği iki konuları ise akışkanlar mekaniği birin daha detaylandırılmış halidir. Pnömatik uygulamalarını da içerir.Akışkanlarla ilgili bilinen ilk çalışmalar Archimedes (MÖ 285-212) tarafından yapılmıştır. Archimedes suyun kaldırma kuvvetinden hareketle, akışkanlar için bir takım hesaplama yöntemleri geliştirmiştir. Ancak, akışkanlarla ilgili esas gelişmeler Rönesans’tan sonra olmuştur. Akışkanlar mekaniğinde en önemli gelişmeyi Leonardo da Vinci (1452-1519) yapmıştır. Vinci, tek boyutlu-sürekli akış için süreklilik denklemini çıkararak dalga hareketleri, jet akışları, hidrolik sıçramalar, eddy oluşumu ve sürüklenme kuvvetleri hakkında bilgiler vermiştir.
Newton’un (1642-1727) yerçekimi kanununu bulmasından sonra yerçekimi ivmesi de hesaplara katılmıştır. Sürtünmesiz akışlarda en önemli gelişmeleri Daniel Bernoulli (1700-1782), Leonard Euler (1707-1783), Joseph-Louis Lagrange (1736- 1813) ve Pier Simon Laplace (1749-1827) yapmışlardır. Euler şimdi Bernoulli denklemi olarak bilinen bağıntıları ilk geliştirendir. Açık kanal akışları, boru akışları, dalgalar, türbinler ve gemi sürüklenme katsayıları üzerinde Antonie de Chezy (1718-1789), Henri Pitot (1695-1771), Wilhelm Eduard Weber (1804-1891), James Bicheno Françis (1815- 1892), Jean Louis Marie Poiseouille (1799-1869) yaptıkları deneysel çalışmalarla akışkanlar mekaniğinin geliştirilmesinde önemli katkılarda bulunmuşlardır.
William Froude (1810-1879) ve oğlu Robert (1846-1924) modelleme kanunlarını geliştirmesinden sonra, lord rayleigh (1842-1919) boyut analizi tekniğini ve Osborne Reynolds (1842-1912) klasik boru deneyini (1883) geliştirerek akışkanlar mekaniğinde çok önemli olan boyutsuz sayıları bulmuşlardır. Henri Navier (1785-1836) ve George Stokes (1819-1903) Newtonian akışlara sürtünme terimlerini de ilave ederek, bütün akışları analiz etmede başarıyla uygulanan ve günümüzde Navier-Stokes denklemleri olarak bilinen momentum denklemlerini bulmuşlardır.
Ludwig Prandtl (1875-1953) yüzeye yakın yerlerde sınır tabakanın (1904) etkili olduğunu onun dışında ise sürtünme kuvvetlerinin olmadığı durumlarda Bernoulli denkleminin uygulanabileceğini göstermiştir. aynı şekilde çok geniş teorik ve deneysel çalışmalar Thedore von Karman (1881-1963) ve Geofrey Taylor (1886-1975)’un yanında pek çok araştırmacı tarafından da yapılmış ve yapılmaktadır.

BEĞEN Paylaş Paylaş

Bu mesajı 2 üye beğendi.

Tanrı varsa eğer, ruhumu kutsasın... Ruhum varsa eğer!

Cevapla

nötrino

Yasaklı

1 Temmuz 2012 Mesaj #2

Yasaklı

Dökülen Kahvenin Ardındaki Fizik

Sponsorlu Bağlantılar

Bilim insanları gerçeğin peşinde ilerlerken birçok engelle karşılaşır. Ancak yeni bir çalışma herkesin zaman zaman karşılaştığı bir engelin daha ortadan kalktığını söylüyor:

Kahvenizi Dökmemenizin Bir Yolu Bulundu

“Benim için, 'kahvenin dökülmesi önemli bir bilimsel çalışmaya konu olmuş' demek oldukça güç.” diyor Santa Barbara, California Üniversitesi'nden bir makine mühendisi, Rouslan Krechetnikov. “Ancak bunun insanı bir düşünceler denizine daldıracağı kesin.”

Düşünce Nasıl Doğdu?

Krechetnikov ve bir mezun öğrencisi, Hans Mayer, geçen yıl katıldıkları “akışkan fiziği” ile ilgili bir konferansta birçok kişinin kahvesini taşırken yanlışlıkla döktüğünü görür ve dökülen kahvenin dinamiklerini araştırmaya karar verir. Kısa zamanda anlarlar ki bu olayın ardındaki fiziği açıklamak hiç de kolay değildir. İnsan yürüyüşünün kişinin sağlığına, yaşına, cinsiyetine bağlı olan dinamikleri bir yana ivme, tork ve kuvvetlerin karmaşık bir etkileşimine dayanan akışkan sıçramasının bilimi bile kendi başına bir derttir.

Deney

İşin kolay olmayacağını anlayan Krechetnikov ve Mayer laboratuarlarına gidip bir deney düzeneği kurarlar. Bir gönüllü çağırırlar ve ondan düz bir çizgi boyunca elinde kahve dolu bir kupayla birlikte değişik hızlarda yürümesini isterler. Gönüllü bunu ancak iki farklı şekilde başarır; birincisinde kahve dolu bardağa, ikincisinde de çizgi boyunca düz bir şekilde yürümeye odaklanır. Bir kamera gönüllünün hareketleri ile bardağın ilerlediği yörüngeyi kaydeder. Aynı anlarda da bardağın içindeki bir sensör kahvenin döküldüğü anı kaydediyordur.

Deneyin Sonuçları

Bir akışkanın ileri geri hareketi sonucunda doğal bir frekans oluşur ve burada belirleyici unsur bardağın büyüklüğüdür. “Physical Review E”de yayınlanan makalelerinde Krechetnikov ve Mayer, her gün karşılaştığımız kahve kupalarının oluşturduğu doğal frekansın bizler adım atarken bacaklarımızın hareketinden dolayı oluşan doğal frekansa eşit olduğunu gösterdiler. Bunun anlamı yürüyüşümüze dışarıdan bir müdahale olmadığında bile sadece yürüyerek kupa içindeki kahvenin titremesine sebep oluruz. Bunun yanında araştırmacılar kişinin yürüşündeki en ufak bir düzensizliğin bile önemli olduğunu ortaya koydular: Bunlar daha şiddetli titreşimleri veya sıçramaları arttırır ve böylelikle kahvenin dökülmesini kolaylaştırır.

Lei Ren’in söylediğine göre bu çalışma oldukça hoş bir çalışmadır. Ren, Birleşik Krallık’taki Manchester Üniversitesi’nde “yürüyüşün biyomekaniği” üzerine uzmanlaşmış bir bilim adamıdır. Ren’e göre; “Bu çalışma, insan vücudunun dinamikleriyle dökülen kahvenin akışkan mekaniği arasındaki güzel etkileşimi ortaya koyuyor.”

Çözüm Nedir?

Peki, nasıl kahvemizin dökülmesini engelleriz? Krechetnikov ve Mayer’in buna verdiği cevap bizi şaşırtmadı. Çalışma gösterdi ki yürüşümüzü yavaşlatarak başlayabiliriz ve böylelikle ivmeyi azaltmış oluruz. Ayrıca bardağın kapağıyla üstü arasında uygun bir aralık bırakarak da bunu başarabiliriz. Çalışmalar göstermiştir ki bu aralık normal bir bardağın çapının sekizde biri kadar olmalıdır, bu da 1 cm’lik bir aralığa denk gelir. Ancak araştırmacılar en iyi yöntemin ne yaptığımıza dikkat etmemiz ve bardağı ağzına kadar doldurmamamız olduğunu söylüyor; böylelikle doğru dizayn edilmiş bir kupayla kahveyi dökmeden yürümeyi garantilemiş oluruz.

Çözüm Üzerine Bilinen Örnekler

Birleşik Krallık’taki Surrey Üniversitesi’nden bir matematikçi, Matthew Turner, akışkanların sıçraması konusunda uzmanlaşmıştır ve birçok kişinin önerilen çözüm yollarını kendi başlarına bulabileceklerini iddia eder. Ancak özellikle üzerinde durduğu gerçek ise bu çalışmanın, deneyi gerçek kupalarla gerçekleştirmek zorunda kalmadan matematiksel bir model kullanılarak farklı kupa dizaynları ile yürütme imkanı vermesidir. Mühendisler zaten sıçramayı önleyecek tekniklerden haberdarlar: Mesela çok fazla sıçrama bir tankeri devirebileceği için sıvı yük taşıyan tankerlere iç sırtlar veya perdeler ilave edilmesi gibi…

Kupa Üreticileri ve Çalışma Sonuçları

Ancak Turner’ın inanışına göre kupa yapan şirketler bu fikirleri dinlemek istemeyecektir. “ Ben üreticilerin sadece kahve kupaları için bir kapak sağlamak amacıyla maliyeti arttıracaklarını beklemiyorum. Bunu çok az üretici halihazırda yapıyor. Ancak bu çalışma bize kupaya konulacak kahve için bir maksimum sınırı belirleyeceğinden dolayı yararlıdır. Böylelikle o sınır geçilmedikçe kahvemiz dökülmeyecektir.”

Ig Nobel’e Aday mı?

Her şeye rağmen bu çalışmadan çok da etkilenmemiş bilim adamları var. Boston Koleji’nden bir fizikçi, Andrzej Herczynski, Krechetnikov ve Mayer’in çalışmasının; sadece silindirik kupalarla sınırlı kaldığını ve İtalya’da kapuççinoların ve lattelerin servis edildiği, oldukça sık rastlanan kavisli ve konik kupalar için bir açıklama getirmediğini belirtti. Ancak yine de bu çalışmanın en az bir Ig Nobel Ödülü almasını beklediğini de sözlerine ekledi.

Kaynak : Sciencemag (04 Mayıs 2012)

BEĞEN Paylaş Paylaş

Cevapla

nötrino

Yasaklı

21 Temmuz 2012 Mesaj #3

Yasaklı

Sıradışı Damlalar

Sıradan bir sıvı damlasının fizik kurallarına verdiği tuhaf tepki.

Sıvı damlasının verdiği tepkileri gözlemleyebilmek için damlanın kendisiyle aynı cinsten bir sıvının yüzeyine çok yavaşça bırakılması gerekiyor. Bu fenomene akışkan dinamiğinde de yer veriliyor ve kademeli kaynaşma (coalescence cascade) olarak biliniyor. Böyle bir görüntüyü tüm ayrıntılarıyla izleyebilmek için ise oldukça yüksek hızda görüntü kaydedebilen bir kameraya ihtiyaç duyuluyor.

Daha fazla ayrıntı isteyenler için bu fenomen şöyle açıklanmış;

"Bir sıvı damlası kendisiyle aynı cinsten bir sıvı birikintisine düşük hızda çarptığı zaman damlanın altında ince bir hava katmanı sıkışır. Bu ince hava katmanı bazen damlanın birikintiye anında karışmasını önler ve damlayı yavaşlatır. Hava katmanı çekildiği anda ise birikintinin yüzey gerilimi damla kütlesinin bir kısmını içine çekerken geri kalan kısmını dışarı atar. Damlanın dışarı atılan kısmı aynı hareketleri tekrarlamaya devam eder ve giderek küçülür. En sonunda sıvı birikintisinin yüzey gerilimi düşen damlanın tamamını içine alabilecek duruma gelir ve hareket son bulur."

Kaynak : İo9 (13 Ekim 2011,07:20)

BEĞEN Paylaş Paylaş

Cevapla

Akışkanlar Mekaniği

Benzer Konular

Benzer Konular

MsXLabs Üye Girişi

Akışkanlar Mekaniği

Benzer Konular

Benzer Konular