Felületi feszültség: cseppfolyós-gáz határfelületen a vonzerő kiegyensúlyozatlan: rugalmas hártyaként viselkedik.

Hasonló dokumentumok
Folyadékok és gázok mechanikája

A kolloidika alapjai. 4. Fluid határfelületek

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Szilárd testek rugalmas alakváltozásai Nyú y j ú tás y j Hooke törvény, Hooke törvén E E o Y un un modulus a f eszültség ffeszültség

NE HABOZZ! KÍSÉRLETEZZ!

FELÜLETI FESZÜLTSÉG. Jelenség: A folyadék szabad felszíne másképp viselkedik, mint a folyadék belseje.

Határozatlan integrál, primitív függvény

A mikroskálájú modellek turbulencia peremfeltételeiről

9. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 9. előadás Mátrix inverze, Leontyev-modell

BMEGEÁTAT01-AKM1 ÁRAMLÁSTAN (DR.SUDA-J.M.) 2.FAKZH AELAB (90MIN) 18:45H

Folyadékok és gázok mechanikája

Markov-láncok stacionárius eloszlása

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

17. előadás: Vektorok a térben

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória. J 0,063 kg kg + m 3

Differenciálegyenletek numerikus integrálása április 9.

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

a térerősség mindig az üreg falára merőleges, ezért a tér ott nem gömbszimmetrikus.

9. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 9. előadás Mátrix inverze, mátrixegyenlet

Általánosan, bármilyen mérés annyit jelent, mint meghatározni, hányszor van meg

Kollár Veronika A biofizika fizikai alapjai

Nyomástartóedény-gépész Kőolaj- és vegyipari géprendszer üzemeltetője

Modern Fizika Labor Fizika BSC

A talajok összenyomódásának vizsgálata

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

SZAKDOLGOZAT VIRÁG DÁVID

1. Bázistranszformáció

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása, június 10

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

2. gyakorlat. A polárkoordináta-rendszer

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Lineáris algebra numerikus módszerei

Tárgyszavak: kapilláris, telítéses porometria; pórustérfogat-mérés; szűrés; átáramlásmérés.

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

A mérési eredmény megadása

SZÁMÍTÁSI FELADATOK I.

DR. DEMÉNY ANDRÁS-I)R. EROSTYÁK JÁNOS- DR. SZABÓ GÁBOR-DR. TRÓCSÁNYI ZOLTÁN FIZIKA I. Klasszikus mechanika NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ, BUDAPEST

MECHANIKA I. rész: Szilárd testek mechanikája

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

Ventilátor (Ve) [ ] 4 ahol Q: a térfogatáram [ m3. Nyomásszám:

Diszkrét matematika I., 12. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach november 30.

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

Transzportjelenségek

Nyomástartóedény-gépész Kőolaj- és vegyipari géprendszer üzemeltetője

Bevezetés az állapottér-elméletbe Dinamikus rendszerek állapottér reprezentációi

Valószínűségszámítás összefoglaló

Energiatételek - Példák

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

15. LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK

12. előadás. Egyenletrendszerek, mátrixok. Dr. Szörényi Miklós, Dr. Kallós Gábor

Simított részecskedinamika Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)

Infobionika ROBOTIKA. X. Előadás. Robot manipulátorok II. Direkt és inverz kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

Euleri és Lagrange szemlélet, avagy a meteorológia deriváltjai

Méréstechnika. Rezgésmérés. Készítette: Ángyán Béla. Iszak Gábor. Seidl Áron. Veszprém. [Ide írhatja a szöveget] oldal 1

mérlegegyenlet. ϕ - valamely SKALÁR additív (extenzív) mennyiség térfogati

Matematikai geodéziai számítások 9.

"Flat" rendszerek. definíciók, példák, alkalmazások

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

Matematika (mesterképzés)

Szent István Egyetem FIZI IKA Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István


Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

Matematikai geodéziai számítások 9.

1. zárthelyi,

Szárítás során kialakuló hővezetés számítása Excel VBA makróval

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

Hidrosztatika, Hidrodinamika

1.feladat. Megoldás: r r az O és P pontok közötti helyvektor, r pedig a helyvektor hosszának harmadik hatványa. 0,03 0,04.

λ 1 u 1 + λ 2 v 1 + λ 3 w 1 = 0 λ 1 u 2 + λ 2 v 2 + λ 3 w 2 = 0 λ 1 u 3 + λ 2 v 3 + λ 3 w 3 = 0

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

10. Valóságos folyadékok áramlása

Differenciálegyenletek december 13.

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

A maximum likelihood becslésről

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Gyakorlat 30B-14. a F L = e E + ( e)v B képlet, a gravitációs erőt a (2.1) G = m e g (2.2)

differenciálegyenletek

Sajátértékek és sajátvektorok. mf1n1a06- mf1n2a06 Csabai István

Kirchhoff 2. törvénye (huroktörvény) szerint az áramkörben levő elektromotoros erők. E i = U j (3.1)

Véletlen jelenség: okok rendszere hozza létre - nem ismerhetjük mind, ezért sztochasztikus.

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

Reakció kinetika és katalízis

1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

Eddig csak a polinom x-ben felvett értékét kerestük

Felvételi, 2018 szeptember - Alapképzés, fizika vizsga -

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

Átírás:

Felületi feszültség: cseppfolyós-gáz határfelületen a vonzerő kiegyensúlyozatlan: rugalmas hártyaként viselkedik. Mérése: L huzalkeret folyadékhártya mozgatható huzal F F = L σ két oldala van a hártyának σ N m : egységnyi hosszra ható, felületi feszültségből származó erő Levegő-víz esetén σ = 0.07 N m

Ellipszoid alakú vízcsepp: da da 1 R R 1 F 1 ds 1 = R 1 dα 1 dα 1 = ds 1 R 1 ds = R dα dα = ds R F 1 = ds 1 σ F = ds σ F e = ds σ dα 1 Erőegyensúly: da Eredő erő: F e1 = ds 1 σ dα F p b p b p k ds 1 ds = F e1 + F e = F = σ ds 1 dα + σ ds dα 1 = F 1 ds 1 ds p k = σ ds 1 ds 1 + σ ds R ds 1 1 = R 1 1 = σ ds 1 ds + 1 R 1 R

da p b p k ds 1 ds = σ ds 1 ds 1 p b p k = σ + 1 R 1 R 1 R 1 + 1 R R da 1 R 1 Ha gömb: R 1 = R p b p k = σ R 1 Ha hártya: p b p k = σ + 1 R 1 R F 1 Ha gömbhártya: p b p k = 4σ R F p b F F 1 ds 1 ds p k

Folyadékcseppek alakja (pl. víz-olaj-levegő kombináció) σ 13 (valójában σ 13 ds, de a ds mindenhonnan kiesik) σ 3 3 1 σ σ 13 1 σ 1 σ 3 Ha a vektorháromszög nem záródik ( pl. σ 3 > σ 13 + σ 1 ) akkor az 1 a és 3 elválasztó felületén szétterjed.

Folyadékcsepp alakja ha a 3 anyagból az egyik szilárd: σ 3 Lehetőségek: 3 α σ 13 σ 1 σ 3 > σ 1 α < 90 σ 3 < σ 1 α > 90 1 Ha a 3 levegő, akkor σ 3 nem felületi feszültség, hanem adhézió. σ 3 = σ 1 + σ 13 cos α cos α = σ 3 σ 1 σ 13 σ 3 > σ 1 + σ 13 ekkor az 1 a felületén szétterjed (pl. petróleum: "kimászik" az üvegből) ebből

Kapilláris p 0 p 0 p A = σ 13 1 R = σ 13 cos α r σ 3 α 3 σ 13 R α p 0 p A = ρ g h σ 13 cos α r h = σ 13 cos α ρ g r = ρ g h σ 1 h 1 Ha α < 90 h > 0 (pl. üveg-víz-levegő) Ha α > 90 h < 0 (pl. üveg-higany-levegő) r

Dimenzióanalízis 1 v L d p =? p = f(l, μ, ρ, d, v) Ezt kellene meghatározni Probléma: legalább 5 változó van Kiindulás: a vizsgált fizikai mennyiségek dimenziói (mértékegységei) leírhatók fizikai alapmértékegységekkel: kg, m, s Mégpedig az alábbi módon: Q = kg α m β s γ Itt Q-ból legalább 6 van (a p is az!). Szeretnénk meghatározni a f Q 1, Q Q n = 0 függvényt. A fentiek szerint Q n leírható: Q 1 = kg a 11 m a 1 s a 31 Q = kg a 1 m a s a 3 = kg a 1n m a n s a 3n Q n Pl.: sebesség: m s kg0 m 1 s 1 ahol a ij ismert.

Dimenzióanalízis k Kérdés: létezik-e (léteznek-e) Π = Q 1 k 1 Q k Q n n alakú dimenziótlan csoport(ok), amely(ek) a szereplő fizikai mennyiségek dimenziós hatványaiból leírhatók? Π = kg 0 m 0 s 0 = kg a 11 m a 1 s a 31 k 1 kg a 1 m a s a 3 k innen a 11 k 1 + a 1 k + a 13 k 3 + a 1n k n = 0 a 1 k 1 + a k + a 3 k 3 + a n k n = 0 a 31 k 1 + a 3 k + a 33 k 3 + a 3n k n = 0 dimenziómátrix a 11 a 1 a 1n Ennek rangja R, ha létezik R-ed rendű nem-0 értékű aldeterminánsa, a 1 a a n a 31 a 3 a 3n és nem létezik R+1-ed rendű nem-0 értékű aldeterminánsa. Ha a dimenziómátrix rangja R, akkor az egyenletrendszernek n-r független megoldása van. (R rendszerint megegyezik a fizikai alapmennyiségek számával, itt R=3) Azaz n-r dimenziótlan csoport képezhető. Itt 6-3=3 db.

Dimenzióanalízis Eddigieket összefoglalva a dimenzióanalízis lépései: Fizikai alapmennyiségek meghatározása A jelenséget befolyásoló Q 1, Q Q n fizikai mennyiségek meghatározása Dimenziómátrix felállítása, rangjának meghatározása Egyenletrendszer megoldása (n-r megoldás meghatározása) Π 1, Π Π n R dimenziótlan csoportok képzése f Π 1, Π Π n R = 0 függvénykapcsolat kísérleti meghatározása.

Dimenzióanalízis alkalmazása Dp L m r d v kg 1 0 1 1 0 0 1 v d L p = f(l, μ, ρ, d, v) m -1 1-1 -3 1 1 s - 0-1 0 0-1 kiegészítő mátrix: B négyzetmátrix: A eredménymátrix: C = A 1 B T = egységmátrix: D = -1 0-0 -1 0-1 -1-1 1 0 0 0 1 0 0 0 1

1 0 0 1 0 1-1 0-1 0 0 A = -3 1 1 B = -1 1-1 C = 0-1 0 D = 0 1 0 0 0-1 - 0-1 -1-1 -1 0 0 1 Eredmény: B D A C Dp L m r d v kg 1 0 1 1 0 0 m -1 1-1 -3 1 1 Konstanssal osztani vagy szorozni szabad s - 0-1 0 0-1 P 1 1 0 0-1 0 - P 0 1 0 0-1 0 Π 1 = p 1 ρ 1 v p ρ v P 3 0 0 1-1 -1-1 Π = L d Π 3 = μ 1 ρ d v Reciprokot venni is szabad v d ν ν = μ ρ = Re

Áramlások hasonlósága Kisminta kísérlet a valódi helyett, de csak akkor, ha az eredmény felhasználható. Mikor használható fel? Ha az áramlás az eredetinél és a kismintánál hasonló. Mikor hasonló? Ha megegyező dimenziótlan függvények írják le a nyomás- és sebességeloszlást. Vagyis: ugyanaz a dimenziótlan parciális diff. egy. rsz. és ugyanaz a dimenziótlan kezdeti- és peremfeltétel a dimenziótlan hely- és időkoordinátákban. m : áramlásra jellemző méret : áramlásra jellemző sebesség m = t 0 : áramlásra jellemző idő

Megegyező dimenziótlan függvények írják le a nyomás- és sebességeloszlást. v = f x, y z,, t t 0 p = f x, y z,, t p 0 t 0 Ugyanaz a dimenziótlan parciális diff. egy. rsz. és ugyanaz a dimenziótlan kezdeti- és peremfeltétel a dimenziótlan hely- és időkoordinátákban. Navier-Stokes egyenlet X irányú komponensegyenlete: v x t + v x x v x + v x y v y + v x z v z = g x 1 p ρ x + ν v x x + v x y + v x z Dimenziótlan Navier-Stokes egyenlet X irányú komponensegyenlete: v x t + v0 v v x x v 0 x + = g x p p 0 ρ x + ν v x x +

Ha ρ = áll. akkor a dimenziótlan kontinuitásegyenlet felírható: Dimenziós: v x x + v y y + v z z = 0 Dimenziótlan: v x v v y 0 v v z x + 0 v y + 0 z = 0 Hasonlóság feltétele: ugyanaz a dimenziótlan parc. diff. egy. rsz. írja le az áramlást: - Állandóknak és együtthatóknak ugyanolyan értékűnek kell lennie: v x t + v0 v v x x v 0 x + = g x g x = g xmm m p p 0 ρ x + ν ν = ν m m m v x x + - Dimenziótlan kezdeti- és peremfeltételek ugyanazok legyenek: geometriai hasonlóság és a peremen hasonló viszonyok biztosítása.

Hasonlósági számok ν vl ν = Re Reynolds-szám: tehetetlenségi erők és viszkózus erők között g x v gl = Fr Froude-szám: tehetetlenségi erők és nehézségi erők között Probléma: Re azonosságából: m = ν m m ν = m Fr azonosságából: m = m mivel rendszerint g m = g Megoldás: ha az áramlás kitölti a teret (pl. búvárhajó), akkor Fr azonossága nem szükséges. Hajóknál a hullámellenállás fontos térerő fontos Fr fontos: külön kisminta Re és Fr számra.

További hasonlósági számok Periodikus (instacioner) peremfeltétel: dimenziótlan időlépték ugyanaz legyen. t 0 = t pm t 0m = t p t 0 t pmm m = t p Mivel t p = 1 f t p = f Str = f Strouhal-szám Nyomás peremfeltétel biztosítása: Eu = p p 0 ρ Euler-szám nyomásból származó erő és tehetetlenségi erő Ha a felületi feszültség szerepe fontos (pl. porlasztás, befecskendezés): p~ σ R σ Eu = σ ρ We = ρ σ Weber-szám tehetetlenségi erő és a felületi feszültségből származó erő A hasonlósági számok azonossága egyes esetekben nem követelmény hanem következmény: pl. egy autó és modellje azonos dimenziótlan koordinátájú pontján az Eu-szám u.a.