Akışkanlar Mekaniği
Mekanik kuvvet ve hareket bilimidir. Akışkanlar mekaniğinde akışkanların hareketini ve etki eden kuvvetleri konu alan bilim dalıdır.
Günlük yaşantımızda önemli yeri olan, nefes altığımız hava ,içtiğimiz su, süt , ulaşım araçlarında kullanılan benzin, mazot, yakıt olarak kullandığımız doğal gaz, kalorifer sıvı yakıtı, damarlarımızda dolaşan kan, hepsi akışkanlara birer örnektir. Bu kadar yakın ve doğal olarak bildiğimiz akışkanın bilimsel tanımını yapmak ve katı maddelerden farkını belirlemek, kayma gerilimi kavramını kullanarak mümkündür.
Akışkanlar mekaniği ikiye ayrılır. Akışkanlar statiği, akışkanın denge hâlini inceler. Akışkanlar dinamiği , akışkanın hareketini inceler. Eğer bir akışkanın yoğunluğu sıcaklık ve basınçla çok az değişiyorsa bu tip akışkana sıkıştırılamayan akışkan; akışkanın yoğunluğu sıcaklık ve basınçla önemli bir miktarda değişiyorsa bu tip akışkana da sıkıştırılabilen akışkan adı verilir.
Yüz kilogram ağırlığında silindirik bir cisim düşünelim. Bu cismi çelik bir çubuk kullanarak tavana asarsak, çubuğa bir gerilme kuvveti uygulayacaktır.
Gerilim = kuvvet / kuvvetin etki ettiği alan olarak tanımlanırsa, çubuğa bir gerilme gerilimi etki etmektedir denilebilir. Yüz kilogramlık bu cisim gene bir çelik çubuğun üzerinde yere konursa, çubuğa bu defa etki eden gerilim, sıkıştırma gerilimidir. Mekanikte çok karşılaşılan bu gerilme gerilimi ve sıkıştırma geriliminden başka bir de kayma gerilimi vardır. Yüz kilogramlık cismi, kendi çapından biraz daha büyük çaplı ve iç yüzeyi zamk gibi akışı zor bir sıvı madde ile kaplanmış düşey konumlu bir boru içinden aşağıya doğru, yer çekimi kuvveti etkisi altında kaydırdığımızda, cisim ile boru arasındaki sıvıya etki eden kuvvete kayma kuvveti ve silindirik cismin yan alanına göre ifade edilmiş birim alandaki kuvvete de kayma gerilimi denir.
Katılar çok büyük kayma kuvvetlerine sürekli olarak karşı koyabilen maddelerdir. Akışkanlar ise çok küçük olsa bile bir kayma kuvvetine sürekli olarak direnç gösteremeyen maddelerdir. Bir kayma kuvvetinin etkisinde kaldıklarında, akışkanlar hareket etmeye başlar ve kayma kuvveti etki ettiği sürece akışkanların hareketi de devam eder.
1.2. Akışkanların Genel Özellikleri
Akışkan, sıvı ve gaz halindeki maddeleri ifade etmektedir. Molekül seviyesinde doğal olarak sıvılar ve gazlar birbirinden çok farklıdır. Sıvılarda moleküller birbirine daha yakındır ve aralarında önemli büyüklükte çekim kuvveti vardır. Gaz moleküllerinin arasındaki çekim kuvveti çok zayıftır ve moleküler arası uzaklık sıvılardan çok daha fazladır. Sıcaklık ve basınç artıkça, sıvılar ile gazlar arasındaki farklar da azalır. Normal şartlarda gazlar ve sıvılar arasındaki en önemli farklılık, genleşmeye tabii tutulduklarında gösterdikleri davranış ile belirginleşir.
Örneğin ,bir pistonlu silindir içinde bulunan bir gaz düşünülürse, piston dışarıya doğru hareket ettirilip silindirin hacmi artırılırsa, gaz artan hacmin tümünü dolduracaktır. Sıvı ile doldurulmuş bir silindirin pistonu dışa doğru çekildiğinde ise, sıvının hacminde gözle görülecek bir değişiklik olmaz. Sadece artan hacim, yani sıvı ile pistonun yeni konumu arasındaki hacim sıvının buharlaşan molekülleri doldurur. Yani sıvıların hacmi sabittir.
Bir maddenin molekülleri her zaman hareket halindedir. Bu maddenin ısıtılması onun moleküllerinin hareketinin hızlandırılması demektir. Isıtma bu maddenin moleküllerini birbirinden uzaklaştırmaya yöneliktir. Bir maddenin soğuması o maddeden ısı alınması demektir. Soğutma moleküllerin hareketini yavaşlatır. Maddeler soğuyunca büzülürler. Bunun sebebi ısı kaybının moleküller arası uzaklığı azaltmasıdır.
Bir akışkan dokunduğu her şeye bir basınç uygular. Resimdeki beherdeki sıvı hem beherin yüzeyine hem yan duvarına basınç uygular. Üsteki hava ise hem behere hem de sıvıya basınç uygular.
Gaz molekülleri devamlı olarak hareket hâlindedirler. Bu hareket sırasında devamlı olarak birbiriyle çarpışırlar. Eğer bu gaz kapalı bir kaba konulursa moleküller kabın duvarlarına çarparlar. Gaz basıncı, gaz moleküllerinin kap cidarlarına çarpması ile meydana gelir. Bu durum sıkıştırılan gazın basıncının artmasına neden olur. Bir gaz sıkışınca hacmi azalır, basınç artar ve ısı değişir.
Dokümanın Tamamı İçin Tıklayınız… | 