Флуидите: физиката на водата и въздуха

Защо огромен стоманен кораб плава, а малко камъче потъва? Защо те боли в ушите, когато се гмурнеш надълбоко? Отговорите дава физиката на флуидите: течностите и газовете. В единайсети клас изучаваш законите, които управляват водата, въздуха и всичко, което тече.

Какво е флуид

Флуид е общото име за всичко, което тече и приема формата на съда си: и течностите, и газовете. Водата, въздухът, маслото и кръвта са флуиди. За разлика от твърдите тела, те нямат собствена форма, а се движат и притискат във всички посоки. Затова физиката им се подчинява на свои особени закони.

Налягането в дълбочина

Налягането във флуид измерва с каква сила той притиска върху всяка повърхност. То зависи от два фактора: дълбочината и плътността на флуида. Колкото по-надълбоко слизаш, толкова по-голямо е налягането, защото отгоре те притиска повече вода. Точно затова те заболяват ушите при гмуркане и затова дълбоководните съдове трябва да са изключително здрави.

Законът на Паскал

Законът на Паскал гласи, че налягането, упражнено върху затворен флуид, се разпространява равномерно във всички посоки. Това звучи абстрактно, но има мощно приложение. На него се основава хидравличната преса: с малка сила върху малка площ можеш да създадеш огромна сила върху голяма площ. Така автомобилните спирачки и багерите вдигат огромни тежести с лекота.

Законът на Архимед

Най-прочутият закон за флуидите е този на Архимед. Той гласи, че всяко потопено тяло губи от теглото си толкова, колкото тежи изтласканият от него флуид. С други думи, водата избутва нагоре всичко, което е в нея. Тази изтласкваща сила обяснява защо във вода се чувстваш по-лек и защо предметите изглежда, че плават.

Защо корабите плават

Тук се крие отговорът на загадката с кораба и камъчето. Едно тяло плава, ако средната му плътност е по-малка от тази на водата. Камъчето е плътно и потъва. Корабът, макар от стомана, е пълен с въздух и формата му измества огромно количество вода, затова средната му плътност е малка и той се държи на повърхността.

Законът на Бернули

Един изненадващ закон свързва скоростта и налягането във флуид. Законът на Бернули гласи, че колкото по-бързо тече един флуид, толкова по-малко е налягането му. Точно това помага на самолетите да летят: въздухът се движи по-бързо над крилото, отколкото под него, затова отдолу налягането е по-голямо и изтласква крилото нагоре.

Въздухът също тежи

Живеем на дъното на цял океан от въздух и той ни притиска. Атмосферното налягане при морското равнище е около 101 325 паскала, тоест въздухът натиска върху всеки квадратен сантиметър с тежест около килограм. Не го усещаме само защото и отвътре тялото ни притиска навън. Флуидите имат и още едно свойство, вискозитета: съпротивлението при течене, заради което медът тече по-бавно от водата.

Защо ти трябва

Физиката на флуидите е навсякъде: в плуването, във водопровода, в самолетите, корабите и дори в кръвоносната ти система. Тя обяснява как лети птицата, как работи спринцовката и защо балонът с хелий се издига. Да я разбираш значи да схванеш поведението на водата и въздуха, двете най-важни за живота вещества на планетата.