Hydrostatyka, hydrodynamika, aerostatyka, aerodynamika

Ciało zanurzone w wodzie może mniej rozciągać siłomierz, choć jego masa się nie zmieniła. To dobry punkt wyjścia do rozróżnienia ciężkości, wyporu i wskazania przyrządu.

Woda przepływająca przez węższy fragment przewodu może poruszać się szybciej. Aby obliczyć tę prędkość, korzystamy z zachowania masy. Do wyznaczenia zmiany ciśnienia potrzebujemy jeszcze bilansu energii. Są to dwa różne równania i każde odpowiada na inne pytanie.

Na zanurzone ciało działa siła wyporu, także wtedy, gdy ciało tonie. Samo istnienie tej siły nie wystarcza do utrzymania przedmiotu na powierzchni. Trzeba porównać ją z ciężarem oraz uwzględnić objętość rzeczywiście wypartego płynu.

Za pomocą niewielkiej siły można w prasie hydraulicznej uzyskać znacznie większą siłę na drugim tłoku. Nie dostajemy przy tym energii za darmo. Zyskowi siły towarzyszy mniejsza droga przesunięcia dużego tłoka.

Im głębiej pod powierzchnią wody znajduje się dany punkt, tym większe jest w nim ciśnienie. Nie oznacza to jednak, że wystarczy podać samą głębokość. Trzeba jeszcze wiedzieć, jakie ciśnienie działa na powierzchnię cieczy i względem czego mierzymy wynik.

Kilogram drewna i kilogram stali mają taką samą masę, ale zajmują różne objętości. Z kolei ta sama siła może wywołać różne skutki, jeżeli działa na większą lub mniejszą powierzchnię. Do opisania tych dwóch sytuacji potrzebujemy gęstości i ciśnienia.

Błona mydlana ciągnie ruchomy drucik, a w cienkiej rurce ciecz może unieść się ponad poziom w naczyniu. W obu zjawiskach ważna jest powierzchnia cieczy. Trzeba jednak policzyć, ile powierzchni rzeczywiście występuje.

Dodatkowa gałąź może zwiększyć łączny przepływ, a równocześnie zmniejszyć przepływ przez już działającą rurkę. Wyjaśnimy ten efekt przez bilanse w węzłach i spadek ciśnienia w doprowadzeniu. Nauczysz się łączyć opory hydrauliczne oraz sprawdzać, gdzie rozpraszana jest energia źródła.

Poprawne podstawienie do wzoru nie gwarantuje poprawnego opisu cieczy. Nauczysz się sprawdzać liczbę Reynoldsa, rozróżniać laminarność od pełnego rozwinięcia profilu oraz oceniać, czy zmiana rurki lub temperatury nie unieważniła użytego modelu. Granice stosowania staną się częścią rozwiązania zadania.

W poziomej rurze o stałym przekroju ciecz może płynąć ze stałym natężeniem, a ciśnienie mimo to maleje. Wyprowadzimy profil prędkości i prawo Hagena–Poiseuille’a z bilansu sił. Zobaczysz, dlaczego prędkość na osi nie jest prędkością średnią i skąd pochodzi czwarta potęga promienia.

Dlaczego warstwa oleju stawia opór przesuwaniu płytki, choć jej prędkość jest stała? Zbudujemy mierzalny model lepkości: od prędkości sąsiednich warstw do naprężenia ścinającego, siły i mocy. Nauczysz się odróżniać lepkość od gęstości oraz sprawdzać, czy ciecz można traktować jako Newtonowską.