מָבוֹא

בפרק הקודם הוכח שניתן להשיג בקלות מצבים מתמטיים מדויקים עבור הכוחות המופעלים על ידי נוזלים במנוחה. הסיבה לכך היא שבהידרוסטטי מעורבים רק כוחות לחץ פשוטים. כאשר בוחנים נוזל בתנועה, בעיית הניתוח הופכת מיד לקשה הרבה יותר. לא רק שיש לקחת בחשבון את גודל וכיוון מהירות החלקיק, אלא גם את ההשפעה המורכבת של הצמיגות הגורמת למאמץ גזירה או חיכוך בין חלקיקי הנוזל הנעים ובגבולות המכילים. התנועה היחסית האפשרית בין אלמנטים שונים של גוף הנוזל גורמת ללחץ ולמאמץ הגזירה להשתנות במידה ניכרת מנקודה לנקודה בהתאם לתנאי הזרימה. בשל המורכבויות הקשורות לתופעת הזרימה, ניתוח מתמטי מדויק אפשרי רק במקרים מעטים, ומנקודת מבט הנדסית, בחלקם לא מעשיים. לכן יש צורך לפתור בעיות זרימה באמצעות ניסויים, או על ידי ביצוע הנחות פישוט מסוימות המספיקות כדי לקבל פתרון תיאורטי. שתי הגישות אינן סותרות זו את זו, מכיוון שחוקי המכניקה הבסיסיים תמיד תקפים ומאפשרים אימוץ שיטות תיאורטיות חלקית במספר מקרים חשובים. כמו כן, חשוב לוודא באופן ניסיוני את מידת הסטייה מהתנאים האמיתיים כתוצאה מניתוח פשוט.

ההנחה המפשטת הנפוצה ביותר היא שהנוזל הוא אידיאלי או מושלם, ובכך מבטלת את השפעות הצמיגות המסבכות. זהו הבסיס להידרודינמיקה הקלאסית, ענף במתמטיקה שימושית שזכה לתשומת לב מצד חוקרים בולטים כמו סטוקס, ריילי, רנקין, קלווין ולאמב. ישנן מגבלות אינהרנטיות חמורות בתיאוריה הקלאסית, אך מכיוון שלמים יש צמיגות נמוכה יחסית, הם מתנהגים כנוזל ממשי במצבים רבים. מסיבה זו, ניתן לראות בהידרודינמיקה הקלאסית רקע בעל ערך רב לחקר מאפייני תנועת הזורם. הפרק הנוכחי עוסק בדינמיקה הבסיסית של תנועת הזורם ומשמש כמבוא בסיסי לפרקים הבאים העוסקים בבעיות ספציפיות יותר שנתקלות בהן בהידראוליקה של הנדסה אזרחית. שלוש המשוואות הבסיסיות החשובות של תנועת זורם, כלומר משוואות הרציפות, ברנולי והתנע, נגזרות ומשמעותן מוסברת. בהמשך, נבחנות מגבלות התיאוריה הקלאסית והתנהגותו של נוזל ממשי מתוארת. מניחים נוזל בלתי דחיס לכל אורך הפרק.

סוגי זרימה

ניתן לסווג את הסוגים השונים של תנועת נוזלים כדלקמן:

1. טורבולנטי ולמינרי

2. סיבובי ולא סיבובי

3. יציב ולא יציב

4. אחיד ולא אחיד.