מָבוֹא

בפרק הקודם הוכח שניתן להשיג בקלות מצבים מתמטיים מדויקים עבור הכוחות המופעלים על ידי נוזלים במנוחה. הסיבה לכך היא שבהידרוסטטית מעורבים רק כוחות לחץ פשוטים. כאשר נחשב נוזל בתנועה, בעיית הניתוח הופכת מיד לקשה הרבה יותר. לא רק שיש לקחת בחשבון את גודל וכיוון החלקיקים, אלא יש גם את ההשפעה המורכבת של צמיגות הגורמת למתח גזירה או חיכוך בין חלקיקי הנוזל הנעים ובגבולות המכילים. התנועה היחסית המתאפשרת בין אלמנטים שונים של גוף הנוזל גורמת ללחץ ולמתח הגזירה להשתנות במידה ניכרת מנקודה אחת לאחרת בהתאם לתנאי הזרימה. בשל המורכבויות הקשורות לתופעת הזרימה, ניתוח מתמטי מדויק אפשרי רק במקרים בודדים, ומנקודת מבט הנדסית, חלקם בלתי מעשיים. לכן יש צורך לפתור בעיות זרימה או על ידי ניסוי או על ידי ביצוע הנחות מפשטות מסוימות מספיקות כדי לקבל פתרון תיאורטי. שתי הגישות אינן סותרות זו את זו, שכן חוקי היסוד של המכניקה תמיד תקפים ומאפשרים לאמץ שיטות תיאורטיות חלקיות במספר מקרים חשובים. כמו כן, חשוב לברר באופן ניסיוני את מידת הסטייה מהתנאים האמיתיים כתוצאה מניתוח פשוט.

ההנחה המפשטת הנפוצה ביותר היא שהנוזל אידיאלי או מושלם, ובכך מבטל את ההשפעות הצמיגות המסבכות. זהו הבסיס של ההידרודינמיקה הקלאסית, ענף של מתמטיקה יישומית שזכה לתשומת לב מחוקרים בולטים כמו סטוקס, ריילי, רנקין, קלווין ולמב. ישנן מגבלות טבועות רציניות בתיאוריה הקלאסית, אך מכיוון שלמים יש צמיגות נמוכה יחסית, הם מתנהגים כנוזל אמיתי במצבים רבים. מסיבה זו, ההידרודינמיקה הקלאסית עשויה להיחשב כרקע בעל ערך רב לחקר המאפיינים של תנועת נוזלים. הפרק הנוכחי עוסק בדינמיקה הבסיסית של תנועת נוזלים ומשמש כהקדמה בסיסית לפרקים הבאים העוסקים בבעיות הספציפיות יותר שבהן נתקלים בהידראוליקה של הנדסה אזרחית. שלושת המשוואות הבסיסיות החשובות של תנועת נוזלים, כלומר משוואות ההמשכיות, ברנולי והתנע, נגזרות ומשמעותן מוסברת. מאוחר יותר, נשקלות מגבלות התיאוריה הקלאסית ומתוארים התנהגותו של נוזל אמיתי. מניחים נוזל בלתי דחיס לאורך כל הדרך.

סוגי זרימה

ניתן לסווג את הסוגים השונים של תנועת נוזלים כדלקמן:

1. סוער ולמינרי

2. סיבוב ולא סיבובי

3. יציב ולא יציב

4. אחיד ולא אחיד.