La mécanique des fluides C'est la branche de la Mécanique dédiée à l'étude des propriétés et du comportement des fluides, qu'ils soient liquides ou gazeux. Il est basé sur les principes de la mécanique newtonienne des solides: lois de Newton, conservation de l'énergie et de l'élan.
Tant dans l'ingénierie que dans les sciences de la vie et de l'environnement, les fluides jouent un rôle majeur. L'air et l'eau qui nous entourent et qui soutiennent la vie sont des fluides, ainsi que du sang et d'autres fluides dans le corps humain et chez les animaux..
Les courants d'air et les courants d'eau sont des facteurs qui déterminent le climat et les caractéristiques des écosystèmes qui abritent les êtres vivants. Les plantes, qui sont le support de la vie, profitent des qualités des fluides pour s'adapter et s'épanouir dans différents environnements.
D'autre part, la connaissance du comportement des fluides est essentielle dans la conception des structures qui façonnent la civilisation. De là vient la conception de tuyaux, de systèmes d'irrigation, de constructions civiles, de réfrigération, de chauffage, d'automobiles, de bateaux, d'avions, d'articles de sport et bien plus encore..
La mécanique des fluides continue d'agir même en s'éloignant de l'environnement terrestre. En effet, le Soleil, le centre du système solaire, est une masse colossale de fluide gazeux, dont l'existence dépend de l'équilibre entre gravité et pression hydrostatique..
Les champs magnétiques stellaires et planétaires sont une conséquence du mouvement des charges électriques et sont modélisés à travers la dynamique des fluides. Autant que nous le sachions, ces principes sont également valables pour toutes les étoiles, donc la mécanique des fluides est une discipline universelle..
Index des articles
Les civilisations anciennes qui ont prospéré au Moyen-Orient et en Europe de l'Est avaient une solide compréhension du comportement des fluides. Ils étaient évidents dans la construction de canaux d'irrigation et de bateaux.
Au 3ème siècle avant JC, le physicien Archimède de Syracuse (287-212 avant JC) a formulé les principes de la flottabilité et de l'hydrostatique, aussi valables alors que maintenant.
On sait que les anciens Romains se sont distingués par la gestion et le transport de l'eau à usage domestique et agricole. Ils ont construit des bains et beaucoup de leurs aqueducs sont toujours debout..
De même, les Arabes qui ont envahi la péninsule ibérique ont apporté avec eux une grande partie des connaissances des Grecs qu'ils mettent en pratique lors de la construction de leurs bâtiments..
Mais le Moyen Âge s'est passé sans apparemment aucun progrès dans cette discipline, jusqu'à ce que Léonard de Vinci (1452-1519) se consacre à l'expérimentation et à l'étude de l'aérodynamique..
Blaise Pascal (1623-1662) était un scientifique français qui s'est aventuré dans de nombreux domaines d'apprentissage à son époque et a jeté un nouvel éclairage sur la nature des fluides en établissant, vers 1648, le principe qui porte son nom et en créant la presse hydraulique. Quelques années plus tôt, Evangelista Torricelli (1608-1647) était le premier à mesurer la pression atmosphérique.
Mais c'est Isaac Newton (1642-1727) qui a jeté les bases des phénomènes associés aux fluides. Non seulement en établissant les trois lois de la dynamique, applicables à tous les objets de masse.
Newton a également étudié la viscosité des fluides: en fait, il existe une loi de Newton pour la viscosité qui est encore valable aujourd'hui.
En 1738, le mathématicien et physicien suisse Daniel Bernoulli (1700-1782), applique la conservation de l'énergie à un fluide idéal et formule l'équation qui porte son nom et décrit le comportement des fluides en mouvement. Parallèlement, Claude Navier (1785-1836) et George Stokes (1819-1903) développent les équations fondamentales de la dynamique des fluides visqueux.
À la fin du XIXe siècle, Osborne Reynolds (1842-1912) étudie la turbulence et établit un critère pour distinguer les écoulements laminaires et turbulents..
L'analyse dimensionnelle appliquée aux fluides se pose également, avec Ludwig Prandtl (1875-1953) et le nombre de Prandtl. Le calcul a suscité des simulations d'écoulement de fluide beaucoup plus complexes, répandues dans la nature mais difficiles à caractériser avec les modèles analytiques disponibles.
La mécanique des fluides étudie le comportement des fluides et se divise en trois grands domaines:
Ces disciplines s'appliquent à la fois aux gaz et aux liquides, bien que leur étude exclusive s'appelle l'hydraulique. L'hydrostatique, quant à elle, fait référence à l'étude des liquides au repos, et de l'hydrodynamique, lorsqu'ils sont en mouvement..
La rhéologie englobe les connaissances liées aux déformations et à l'écoulement de la matière. Bien qu'il soit considéré comme faisant partie de la mécanique des milieux continus, il est étroitement lié aux fluides, car ceux-ci se caractérisent précisément par leur capacité à s'écouler.
D'autres branches importantes sont l'aérodynamique, qui analyse le flux de gaz tels que l'air, ainsi que la météorologie, l'océanographie et l'hydrologie..
Lorsque l'on regarde les fluides, on constate qu'ils sont constitués d'atomes et de molécules, pas aussi liés entre eux que ceux d'un solide. Il est possible de suivre le mouvement d'un objet étendu mais fini, mais comment garder une trace des myriades de particules dans un gaz ou un liquide??
La réponse réside dans ces concepts clés: densité et pression. Au lieu de travailler avec des masses et des poids individuels, vous travaillez avec la densité, qui est la masse par unité de volume. La densité est associée à la densité, c'est-à-dire le poids du fluide par unité de volume.
Et au lieu de la force, les fluides sont caractérisés par Pression exercée sur les surfaces, qui est définie comme une force par unité de surface.
Décrit le frottement entre les couches du fluide, une caractéristique qui détermine comment son mouvement sera.
Le principe d'Archimède est fondamental en hydrostatique. Ceci indique qu'un corps totalement ou partiellement immergé dans un fluide au repos, subit une force de poussée verticale équivalente au poids du volume de fluide délogé..
Il établit que la pression dans un fluide incompressible à l'intérieur d'un récipient est transmise d'un point à un autre avec la même intensité..
Cela équivaut à la conservation de l'énergie mécanique appliquée à une partie du fluide idéal circulant dans un tuyau..
C'est une grandeur sans dimension utilisée pour distinguer les écoulements laminaires et turbulents..
C'est une grandeur sans dimension qui caractérise le transfert de chaleur par convection vers l'écoulement d'un certain fluide.
Au début, nous avons donné une liste pas très exhaustive des nombreuses applications de la mécanique des fluides. Ci-dessous, nous citerons brièvement quelques-uns des plus pertinents:
C'est une machine qui se compose d'un tube avec deux sections transversales différentes, rempli d'un fluide incompressible. Lorsqu'une force est appliquée à un piston dans la section étroite, elle est multipliée à la sortie d'un piston plus grand dans la section large.
Ce sont des machines qui augmentent la pression tout en déplaçant certains fluides compressibles, tels que les gaz. De cette façon, ils les forcent à couler, tout en gagnant de l'énergie qui peut être utilisée pour effectuer des travaux mécaniques..
Machines qui utilisent un fluide pour faire tourner les pales ou les hélices, qui effectuent également des travaux mécaniques.
Les systèmes de climatisation: chauffage et climatisation, sont basés sur les propriétés des fluides pour thermaliser les environnements.
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