מכניקת הזורמים עוסקת בחקר זורמים, נוזלים וגזים (ולפעמים פלזמה), בתכונותיהם ובכוחות הפועלים עליהם. היא עוזרת להבין את תנועת הזורמים, שנקראת "זרימה", ומשמשת ליישומים בהנדסת מים, אווירונאוטיקה והנדסת מכונות. תחומי המשנה העיקריים הם הידרודינמיקה (תנועת נוזלים), הידרוסטטיקה (מאפייני נוזלים במנוחה) ואווירודינמיקה (תנועת גזים).
מכניקת הזורמים קיימת מאז ימי יוון העתיקה: ארכימדס חקר נוזלים והמציא את בורג ארכימדס. בהמשך הופיעו תרומות חשובות כמו המצאת הברומטר על ידי טוריצ'לי ב-1643, חוק פסקל, ועקרונות של ניוטון. אוילר ניסח משוואות לזורמים, וברנולי פרסם ב-1739 את משוואת ברנולי. במחצית השנייה של המאה ה-19 הובנו השפעות החיכוך והצמיגות (מידת ה"חיכוך" הפנימי של הזורם) על הזרימה, בתרומות של פואזיי, האגן ונאוויה-סטוקס. ריינולדס ב-1883 זיהה שני משטרי זרימה, למינרית וטורבולנטית, ובהמשך פרנדטל ב-1904 פיתח מודלים לפרקים שבהם הצמיגות חשובה.
מנתחים זורמים בדרך כלל תחת "הנחת הרצף", מתייחסים לחומר כרציף ולא כחלקיקי מולקולות. זהו קירוב שנוח לחישוב, אבל לעתים משתמשים בכלים אחרים אם הקירוב לא מספיק מדויק. בנוסף משתמשים בחוקי השימור הבסיסיים: שימור המסה, שימור האנרגיה, חוקי ניוטון והחוק השני של התרמודינמיקה.
מהחוקים האלה נגזרות משוואות חשובות: משוואת הרציפות (שימור מסה), משוואות התנע ומשוואות נאוויה-סטוקס שמתארות זורמים צמיגיים. עבור זורם "ברוטרופי" (כאשר הצפיפות תלויה רק בלחץ) מתקבלת גם משוואת ברנולי, המקשרת בין מהירות ולחץ. חוק ארכימדס קובע שכוח הציפה שווה למשקל התווך בשטח השקול. חוק פסקל מסביר פעולת מערכות הידראוליות כמו בוכנות.
קו מסלול (או קו חלקיק) עוקב אחרי מסלול חלקיק בזרימה. קו זרם הוא עקום המשיק לווקטור המהירות בכל נקודה והוא מראה את כיוון הזרימה ברגע נתון. קו שילוח מראה היכן קבוצת חלקיקים עברה לאורך זמן. משטח זרם הוא רצף של קווי זרם; דרכו לא עוברת מסה.
זורם בלתי דחיס כמעט שאינו משנה צפיפות במצב סטטי. זורם דחיס משנה צפיפות עם שינוי לחץ. צמיגות היא התנגדות הזורם לשינוי צורה; דבש דוגמה לצמיגי, מים דוגמה לנוזל פחות צמיגי. נוזלים ניוטוניים הם כאלה שבהם מאמץ הגזירה פרופורציונלי לקצב העיוות.
מבחינה התנהגותית יש זרימה למינרית (שכבות חלקות הנעות במקביל) וזרימה טורבולנטית (ערבולית, כאוטית). מעבר בין מצבים אלה אינו חד; משתמשים בפרמטר שנקרא מספר ריינולדס כדי לאפיין את משטר הזרימה. רק לזרימה למינרית ניתן לפתח פתרונות אנליטיים פשוטים.
מכניקת הזורמים נמצאת בכל מקום: משאבות פשוטות כמו בורג ארכימדס, דרך בוכנות הידראוליות ועד טורבינות שמייצרות חשמל וכנפי מטוס. עיקרון ברנולי מסביר מדוע מהירות גבוהה על פני משטח גורמת ללחץ נמוך עליו, וזה חשוב בעיצוב כנף מטוס ומפרש סירה. חוק פסקל מסביר כיצד בוכנה הידראולית מגדילה כוח.
מכניקת הזורמים חוקרת נוזלים וגזים. זורמים מקבלים את צורת הכלי בו הם נמצאים.
ארכימדס חקר נוזלים והמציא את בורג ארכימדס. טוריצ'לי המציא את המד לחץ ב-1643. ברנולי הסביר קשר בין מהירות ולחץ ב-1739.
חוקרים רבים מתייחסים לזורם כרציף. זה אומר שמתייחסים אליו כחומר חלק, לא כמולקולות קטנות.
חוקים חשובים מסבירים שימור מסה ואנרגיה. משוואת ברנולי אומרת: מה שמהיר לוחץ פחות. חוק ארכימדס מסביר כוח ציפה. חוק פסקל מסביר בוכנות הידראוליות.
קו מסלול מראה את הדרך שחלקיק עושה. קו זרם מראה את כיוון הזרימה ברגע נתון. משטח זרם הוא רצף של קווים כאלה.
צמיגות היא "חיכוך" פנימי של הזורם; דבש צמיג, מים פחות צמיגיים. יש זרימה רגועה (למינרית) שזוהי שכבות חלקות. ויש זרימה ערבולית (טורבולנטית) שהיא כאוטית.
מכניקת הזורמים חשובה לכנפי מטוס, משאבות, טורבינות ובוכנות. דוגמות מוכרות הן בורג ארכימדס וכנף מטוס שעובדת בזכות עקרון ברנולי.
תגובות גולשים