Wie zu tun Druck freien Kontakt
In der Praxis kann der Bereich braucht nur größer als etwa das 10-fache (mittlere freie Weglänge) ^ 2, so dass der Druck ein Kontinuum Eigenschaft ist, worunter wir sagen, dass für Bereiche Engineering Interesse, die fast immer viel größer sind als Bereiche gemessen in Bezug auf den mittleren freien Weglänge, wird der Druck noch keine meßbare durch Molekularbewegungen hervorgerufen statistische Schwankungen. Wir können eine Unterscheidung zwischen mikroskopischen Eigenschaften machen und die makroskopischen Eigenschaften eines Fluids, wobei die mikroskopischen Eigenschaften auf molekularer Ebene auf das Verhalten beziehen (das heißt, skaliert vergleichbar mit der mittleren freien Weglänge) und den makroskopischen Eigenschaften beziehen sich auf das Verhalten eine Engineering-Skala (das heißt, skaliert viel größer als die mittlere freie Weglänge).
Druck: Wirkungsrichtung
Abbildung 7. Die Vektorkraft durch Druck auf ein Element der Oberfläche wirkt.
Druck: Übertragung durch eine Flüssigkeits
Eine wichtige Eigenschaft von Druck ist, dass es durch das Fluid übertragen wird. Wenn ein aufgeblasener Fahrradschlauch an einem Punkt gedrückt wird, zum Beispiel, erhöht sich der Druck an jedem anderen Punkt in dem Rohr. Messungen zeigen, dass der Anstieg an jeder Stelle die gleiche ist und gleich dem angelegten Druck. Wenn ein zusätzlicher Druck von 5 psi plötzlich am Schlauchventil zum Beispiel angewandt wurde, würde der Druck an jeder Stelle des Rohres erhöhen um genau diesen Betrag. Diese Eigenschaft der Übertragung von Druck ungeschmälert ist eine gut etablierte experimentelle Tatsache, und es ist eine Eigenschaft von allen Flüssigkeiten besaß. Die Übertragung erfolgt nicht sofort, sondern mit einer Rate, die auf der Schallgeschwindigkeit in dem Medium und die Form des Behälters abhängt. Die Schallgeschwindigkeit ist wichtig, weil es die Geschwindigkeit, mit der misst Störungen Druck propagieren (Ton ist nur eine Druckstörung durch ein Medium bewegt). Die Form des Behälters ist wichtig, da Druckwellen brechen und reflektieren die Wände des Behälters und dies erhöht die Entfernung und Zeit die Druckwellen reisen müssen. Dieses Phänomen sollte jedem bekannt sein, der die unvollkommene Akustik eines schlecht gestalteten Konzertsaal erlebt hat.
Kompressibilität in Flüssigkeiten
Alle Flüssigkeiten sind komprimierbar. Jedoch unter einem gewissen Bereich von Bedingungen, ist es oft möglich, die Annäherung zu machen, die ein Fluid nicht komprimierbar ist. Wasser, zum Beispiel ändert sich nur das Volumen sehr leicht unter extremem Druck.
dass der Druck muss auch um einen Faktor zwei erhöhen. Wenn die anfängliche Luft bei Atmosphärendruck war, wird der Druck von einer Atmosphäre steigen (14,696 psi oder 101.325 Pa). Wenn wir ein Pumpendurchmesser von 1,25 Zoll annehmen, dann eine Kraft von 18,1 lbf erforderlich. Dies ist keine große Kraft, so dass der Druck von zwei Atmosphären über Umgebungsdruck erhöht leicht gemacht wird.
Wenn wir wieder ein 1% -Niveau als tolerierbare Änderung der Dichte verwenden, dann, wenn die Temperatur konstant bleibt im Druck die zulässige Änderung auf 1% auch gleich (der Prozess eher isentropic sein, aber dass das Argument nicht sehr ändern viel). Dies erfordert einen dynamischen Druck von weniger als 1% des Umgebungsdruckes, so dass auf Meereshöhe, wo die Dichte von Luft ist etwa 1,2 kg / m ^ 3 wir auf Geschwindigkeiten von weniger als 40 m / s (132 ft / s bzw. 90 begrenzt sind, mph), die zu einer Machzahl von etwa 0,12 entspricht. Wenn wir den Luftstrom über Fahrräder, können wir immer davon ausgehen, dass die Flüssigkeit eine konstante Dichte hat, und dass die Mach-Zahl ist nicht wichtig.
Druck und Aufzug
Wenn wir die Kräfte, die auf einem Flügel, beispielsweise betrachten, ist die Auftriebskraft auf die mittlere Druckdifferenz proportional über die untere und obere Oberfläche des Flügels wirkt. Diese Druckdifferenz wird durch die Tatsache verursacht, dass die Durchschnittsgeschwindigkeit über die obere Oberfläche des Strömungsprofils ist etwas größer als die Durchschnittsgeschwindigkeit über die untere Fläche (nicht vergessen, dass eine höhere Geschwindigkeit auf einen niedrigeren Druck entspricht). Die Druckunterschiede sind in der Regel klein, aber Flügel haben eine große Oberfläche, so dass die Gesamtauftriebskraft sehr groß sein kann (ein voll beladener 747 so viel wie 500.000 lbf wiegen können). Für niedrige Mach-Zahl Strömung wird die Druckdifferenz und die Auftriebskraft proportional zur Differenz in dem dynamischen Drücken zwischen den oberen und unteren Oberflächen des Strömungsprofiles.