Clasa a IX-a OM 6930/2025

8.5. Aplicații practice ale mecanicii fluidelor

8. Noțiuni de mecanica fluidelor

Deschizi robinetul, strângi capătul furtunului cu degetul și jetul zboară brusc peste tot gardul. La 10 km mai încolo, un avion de câteva tone se desprinde de pistă. Iar sub pământ, un câine de prerie își ventilează galeria fără să miște un mușchi. Toate aceste trei situații se explică cu doar două relații pe care le știi deja: ecuația de continuitate și legea lui Bernoulli. Lecția de acum nu adaugă formule noi — arată cât de departe ajungi cu cele două pe care le ai.

Cele două unelte: continuitatea și Bernoulli

Ecuația de continuitate spune că, pentru un lichid incompresibil care curge staționar printr-un tub fără scurgeri laterale, debitul volumic este același în orice secțiune. Dacă tubul se îngustează, fluidul trebuie să treacă mai repede, pentru că prin fiecare secțiune trece în fiecare secundă același volum.

Legea lui Bernoulli este, în esență, legea conservării energiei scrisă pentru unitatea de volum de fluid. Suma dintre presiunea statică \(p\), presiunea de poziție \(\rho g h\) și presiunea dinamică \(\rho v^2/2\) rămâne constantă în lungul unui fir de curent.

Combinația celor două dă concluzia care surprinde cel mai mult: acolo unde fluidul curge mai repede, presiunea statică este mai mică. Aceasta este ideea din spatele aproape tuturor aplicațiilor din lecție.

Atenție la ipoteze: fluid incompresibil, curgere staționară, fără frecare internă (fluid ideal), puncte alese pe același fir de curent. Când una dintre ele cade, rezultatele sunt doar aproximative.

\[Q = A v\]

\(Q\) — debitul volumic, în \(\mathrm{m^3/s}\); \(A\) — aria secțiunii transversale, în \(\mathrm{m^2}\); \(v\) — viteza fluidului în acea secțiune, în \(\mathrm{m/s}\).

\[A_1 v_1 = A_2 v_2\]

Ecuația de continuitate: \(A_1, A_2\) — ariile a două secțiuni ale aceluiași tub de curent; \(v_1, v_2\) — vitezele medii corespunzătoare.

\[p + \rho g h + \frac{\rho v^2}{2} = \mathrm{constant}\]

\(p\) — presiunea statică, în \(\mathrm{Pa}\); \(\rho\) — densitatea fluidului, în \(\mathrm{kg/m^3}\); \(g = 9{,}81\ \mathrm{m/s^2}\); \(h\) — înălțimea față de un nivel de referință, în \(\mathrm{m}\); \(v\) — viteza, în \(\mathrm{m/s}\).

A₁A₂v₁v₂A₁v₁ = A₂v₂ = Qsecțiune mică → viteză mare (debit constant)
Fig. 1 Ecuația de continuitate: unde tubul se îngustează, fluidul curge mai repede
aerv₁ mic, p₁ marev₂ mare, p₂ miclichidul urcăp₀vas
Fig. 8 Pulverizatorul: aerul rapid din gâtuire are presiune mică, iar presiunea atmosferică împinge lichidul în sus prin tub