Vad är vätskemekanik?

Vätskemekanik är en gren av fysiken som rör studiet av vätskor och hur de interagerar med krafter. Både vätskor och gaser anses vara vätskor för denna vetenskapsgren. Ofta är området strömningsmekanik uppdelat i två mer specifika studieområden. Dessa är vätskestatik och vätskedynamik, som rör vätskor i vila respektive vätskor i rörelse. Vätskemekanik kan involvera mycket komplex matematik, och hjälpen av moderna datorer har förbättrat denna vetenskap avsevärt.

Vätskemekanikens kronologiska rötter går ända tillbaka till åtminstone de gamla grekerna. Den grekiske fysikern och uppfinnaren Arkimedes var författare till några av de första studier vi känner till som rör vätskestatik, inklusive flytförmågan. Persiska filosofer under medeltiden kopplade dessa antika verk med sina egna studier av vätskedynamik som fungerade som en tidig föregångare till modern vätskedynamik. Sådana välkända historiska personer som Leonardo da Vinci och Sir Isaac Newton, såväl som andra, gav anmärkningsvärda bidrag till vår förståelse av vätskemekanik.

Varje typ av vetenskap börjar med grundläggande, grundläggande antaganden som styr studieförloppet. Vätskemekanik definieras vanligtvis som att ha tre grundläggande premisser eller antaganden i grunden. Den första är bevarandet av massa, vilket innebär att massa varken kan skapas spontant eller förstöras, även om den kan ändra form. Det andra antagandet, bevarandet av momentum, är något liknande. Denna lag säger att den totala farten i ett slutet system är konstant, och kan inte spontant uppstå eller försvinna.

Det tredje grundläggande antagandet som styr vätskemekaniken är vad som kallas kontinuumhypotesen. Detta är ett sätt att se vätskor som inte tar hänsyn till närvaron av diskreta molekyler. Istället antas en vätskas egenskaper variera på ett kontinuerligt sätt från en punkt till nästa.

Eftersom den ignorerar den faktiska naturen hos små materiepartiklar, är kontinuumhypotesen endast en approximation som används som ett verktyg i beräkningar. Det kan resultera i en något felaktig lösning, men också i lösningar som är mycket exakta under idealiska omständigheter. Andra, mer exakta metoder finns, men denna hypotes är ofta ganska användbar som ett preliminärt antagande. Många gånger kan det också antas att en given vätska är inkompressibel, vilket innebär att den inte kan komprimeras. Detta gäller dock bara för vätskor och inte gaser.