AkışkanlarMekaniği

Bernoulli ilkesi, hareket halindeki bir akışkanın hızının arttığı bölgelerde basıncının düştüğünü, hızının azaldığı bölgelerde ise basıncının arttığını söyleyen bir fizik yasasıdır. Bu ilke, enerji korunumu prensibine dayanır ve hem sıvılar hem de gazlar için geçerlidir. Bernoulli ilkesinin bazı uygulama alanları: - Havacılık: Uçak kanatlarının tasarımı, hava akışının hızı ve basıncı sayesinde kaldırma kuvveti oluşturur. - Su boruları: Borunun daraldığı yerlerde suyun hızı artar ve basıncı düşer. - Tıp: Kan akışının incelenmesi ve bazı tıbbi cihazların tasarımı. - Günlük yaşam: Şemsiyenin ters dönmesi, yarış otomobillerinin arka kanatları gibi olaylar.

Debi ve akış hızı aynı şeyler değildir, ancak birbirleriyle ilişkilidir. Debi, bir akışkanın aktığı izleğin herhangi bir kesitinden birim zamanda geçen akışkan hacmidir. Akış hızı ise akışkanın birim zamandaki yer değiştirmesidir, dolayısıyla vektörel bir büyüklüktür ve birimi m/s'dir.

Bernoulli İlkesi'nin ispatı, akışkanların (sıvı veya gaz) hareketi sırasında basınç ve hız arasındaki ilişkiyi gözlemleyerek yapılır. Temel prensip: Akış hızı arttığında basınç düşer, akış hızı azaldığında ise basınç yükselir. Deneysel ispat için aşağıdaki örnekler verilebilir: 1. Venturi tüpü: Kesiti daralan bir boruda akışkanın hızı artar ve basınç düşer. 2. Uçak kanatları: Uçak kanatlarının üst kısmı kavisli, alt kısmı düzdür. 3. Parfüm püskürtücüler: Parfüm sıkma düzeneğindeki pompa yardımıyla kap içindeki borunun üzerine hava üflenir.

Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM), karmaşık mühendislik problemlerini çözmek için kullanılan sayısal bir tekniktir. FEM yönteminin temel prensibi: çözümlenmesi gereken bir problemdeki yapının, belirli şartlar altında analizi yapılacak şekilde sonlu elemanlar adı verilen küçük parçalara bölünmesi ve her bir parçanın matematiksel olarak davranışının test edilmesidir. FEM yönteminin kullanım alanları: - Katı mekaniği: Kemik gibi karmaşık yapıların nasıl davrandığını anlamak için. - Akışkanlar mekaniği: Nehirdeki akıntı, su damlasının yaprak üzerindeki yolculuğu veya uçak kanadı etrafındaki hava akışını modellemek için. - Yapısal analiz: Binalar, köprüler ve makine bileşenlerinin analizi. - Elektromanyetizma: Anten tasarımı, elektromanyetik uyumluluk ve mikrodalga mühendisliği gibi alanlarda.

Akışkanlar mekaniği, mühendislik öğrencileri için zor bir ders olarak kabul edilebilir. Bu disiplin, akışkanların hem durağan hem de hareketli haldeki davranışlarını ve bu akışkanların diğer maddelerle olan etkileşimlerini incelemeyi içerir. Ancak, akışkanlar mekaniğinin temel prensiplerini anlamak, mühendislik problemlerinin modellenmesi ve çözülmesi için gereklidir.

Bernoulli ilkesi, enerjinin korunumu ile şu şekilde açıklanır: bir akışkanın hareketinin iki noktası arasında, akışkanın sahip olduğu toplam enerji korunur. Bu, kinetik ve potansiyel enerji bileşenlerinin birbirine dönüşebileceği anlamına gelir.

Girdap olayı, bir akışkanın basınç farklılaşması nedeniyle bir eksen etrafında dönmesi sonucu oluşur. İşte girdap oluşumunun temel adımları: 1. İki akıntının karşılaşması: Farklı yönlerde ilerleyen iki veya daha fazla akıntı birbirine çarpar. 2. Dairesel hareket: Akıntıların çarpışması, suyun dairesel bir şekilde birbirinin etrafında dönmesine neden olur. 3. Basınç ve hız farkı: Girdabın merkezine doğru inildikçe suyun derinliği artar ve basınç yükselir, bu nedenle hız düşer. Bu doğa olayı, Bernoulli'nin akışkanlar mekaniği ilkeleriyle açıklanabilir.

Bernoulli denklemi, daimi, sıkıştırılamaz akış bölgelerinde mekanik enerjinin korunumu ilkesinden türetilir. Türetme adımları: 1. Akım çizgisi boyunca kuvvet dengesi: Bir akım çizgisi boyunca akışkan parçacığına etki eden kuvvetler dikkate alınır. 2. Enerji bileşenleri: Akışkanın kinetik, potansiyel ve basınç enerjileri belirlenir. 3. Toplam enerji sabiti: Bu enerji türlerinin toplamı, akışın her noktasında sabittir. Matematiksel olarak denklem şu şekilde ifade edilir: P + ½ ρ v² + ρ g h = sabit, burada: - P: Basınç; - ρ: Akışkanın yoğunluğu; - v: Akışkanın hızı; - g: Yerçekimi ivmesi; - h: Yükseklik (potansiyel enerjiye karşılık gelir).

Reynolds denklemi, akışkanın hareketini tanımlamak için kullanılan Reynolds sayısının hesaplanma denklemidir. Bu denklem şu şekilde ifade edilir: Reynolds sayısı = Atalet kuvvetleri / Viskozite kuvvetleri. Burada: - Atalet kuvvetleri, akışkanın yoğunluğu, hızı ve kütlesinden kaynaklanır; - Viskozite kuvvetleri, akışkanın akmaya karşı gösterdiği dirençtir. Reynolds sayısı, akışın laminer mi yoksa türbülanslı mı olacağını tahmin etmek için kullanılır.

Reoloji, maddenin akış ve biçim bozulmasını inceleyen bir bilim dalıdır. Bu bilim dalı, özellikle sıvı veya gaz halindeki akışkan cisimlerin yük, şekil değiştirme ve zaman faktörleri altındaki davranışlarını araştırır.

Kesit alanı farklı olan borularda akışkanların hızları şu şekilde değişir: Kesit alanı daraldıkça akışkanın hızı artar.

İçerisine birbirine karışmayan iki farklı yoğunlukta akışkanla dolu tankın bir yüzünde 4.5 m genişliğinde ve ağırlığı 25 kN olan kavisli kapak için etki eden kuvvetleri ve etki noktalarını belirlemek amacıyla serbest cisim diyagramı (SCD) kullanılabilir. Kapağa etki eden kuvvetler: 1. Ağırlık kuvveti: Kapağın kendi ağırlığı 25 kN. 2. Sıvı basıncı kuvveti: Tank içindeki akışkanların kapağa uyguladığı basınç kuvveti. Etki noktaları: - Menteşe noktası (A): Kapağın bağlı olduğu nokta. Bu durumda, kapağa etki eden toplam kuvvet ve etki noktaları SCD üzerinde gösterilerek sayısal olarak belirlenebilir.

Akışkanların temel denklemleri iki ana kategoriye ayrılır: Navier-Stokes denklemleri ve enerji denklemi. 1. Navier-Stokes denklemleri, akışkanların hareketini matematiksel olarak tanımlayan temel kısmi diferansiyel denklemlerdir. 2. Enerji denklemi, akışkanın iç enerjisi, ısısı ve işi arasındaki ilişkileri tanımlar.

Mehmet H. Omurtag'ın "Akışkanlar Mekaniği" kitabı 345 sayfadan oluşmaktadır.

Moody eğrisi, Moody diyagramı olarak da bilinir, boru içi akışta sürtünme katsayısı, Reynolds sayısı ve boru pürüzlülüğü arasındaki ilişkiyi gösteren grafiksel bir araçtır. Bu diyagram, akışkanların borulardaki akış rejimini belirlemek ve friksiyon faktörünü hesaplamak için kullanılır. Diyagram, 1944 yılında Lewis F. Moody tarafından geliştirilmiştir.

Birim alandan birim zamanda geçen akışkan miktarına kütlesel debi veya akış hızı denir.

Bernoulli'nin üç kuralı şunlardır: 1. Kesit alanı küçülürse akışkanın hızı artar. 2. Akışkanın hızı arttığı yerde akışkan basıncı azalır. 3. Akışkanlar basıncı büyük olduğu yerden küçük olduğu yere doğru hareket eder.

Toplam basınç kaybı, akışkanlar mekaniğinde, sürtünmeden kaynaklanan sürekli boru akış kayıpları ile vana ve dirsek gibi elemanların neden olduğu yerel basınç kayıplarının toplamıdır. Bu terim ayrıca, sıvı taşıyan bir ağda iki nokta arasındaki toplam basınç farkı olarak da tanımlanabilir.

Q3 debi, birim zamanda (saniye) geçen akışkanın hacmini ifade eden bir terimdir. Debi genel olarak, bir boru, kanal veya herhangi bir iletim hattı boyunca sıvı veya gazın geçiş miktarını belirtir ve Q harfi ile gösterilir.

Akışkanlar mekaniği, sıvılar, gazlar ve plazmalar da dahil olmak üzere akışkanların davranışını inceleyen bir fizik dalıdır. Bu disiplin, akışkanların hareketi, özellikleri ve etkileşimleriyle ilgilenir ve mühendislik tasarımları, endüstriyel süreçler ve çeşitli uygulamalarda önemli bir rol oynar. Hocalara Geldik platformunda akışkanlar mekaniği ile ilgili daha fazla bilgiye aşağıdaki kaynaklardan ulaşabilirsiniz: rolecatcher.com: Akışkanlar mekaniğinin çeşitli endüstrilerdeki uygulamaları ve kariyer fırsatları hakkında bilgiler sunar. temirlabs.com: Akışkanlar mekaniği ders notları ve temel konuları içerir.