Akışkanlar Mekaniği

Bir çok mühendislik dalında büyük önem taşıyan akışkanlar mekaniği, akışkanların hareketlerini, bu hareketlere sebep olan veya bu hareketler sonucunda ortaya çıkan hız, ivme, basınç, kuvvet gibi fiziksel etkileri ele alır.

Akışkanların akma kabiliyetine sahip olmasının sebebi bu maddelerin denge halinde kayma gerilmelerine dayanamamasıdır. Bunun sonucu olarak akışkanlar kayma gerilmesine maruz kaldığı sürece şekil değiştirmeye yani akmaya devam eder.


Akışkanlar sıvı, gaz, plazma ve bazı durumlarda katı eriyik plastikleri kapsayan, maddenin alt kümesidir. Kısaca, kayma gerilmelerine karşı koyamayan, şekil değişimine uğrayan maddelerdir.

Akışkanlar mekaniğinin mühendislik uygulamalarında bu kadar büyük yer kaplamasının başlıca sebebi idare edilmesinin katılara nazaran çok daha kolay olmasıdır. Çok daha küçük etkilerle ısı tranfer edilebilir veya yer ve şekil değiştirebilirler. 

Katıların şekil değiştirebilmesi için akma sınırına kadar kayma gerilmesi uygulanması gerekirken, akışkanlarda kayma gerilmesi devam ettikçe şekil değiştirme devam eder. Bu demek oluyor ki bir akışkan hareketsiz ise akışkana uygulanan herhangi bir kayma gerilmesi olamaz bu yüzden tüm kuvvetler etki ettiği yüzeylere dik olmalıdır.

Viskozite(akmazlık, kıvamlılık): 
Bir akışkanın yüzey gerilimlerine karşı gösterdiği dirençtir. Viskozite sonucu oluşan yüzey gerilimleri sonucu bir akışkan akarken her tabakası farklı hızda hareket eder. Akışın gerçekleştiği yatağın cidarlarında akış en yavaştır.

Viskozitesi yüksek olan akışkanlar daha çok direnç gösterdiğinden daha yavaş akarlar. Örneğin balın viskozitesi sudan daha fazladır.

Çoğu sıvının viskozitesi sıcaklık arttıkça azalır.

Newton Kuramı

Newton'a göre laminer ve paralel bir akışta, tabakalar arasındaki yüzey gerilimi (τ) bu tabakalara dik yöndeki hız gradyeni (∂u/∂y) ile orantılıdır.

 

μ sabiti akmazlık değişkeni olarak bilinir. Pek çok durumda akmazlık kuvvetlerin eylemsizlik kuvvetlerine olan oranı ile ilgilenilir. Atalet kuvvetlerinin akışkanın yoğunluğu (ρ) ile karakterize edildiği bilindiğinden bu oran kinematik akmazlık olarak adlandırılır ve gösterimi:

Non-Newtonian Akışkanlar

Newton kuramına uyan akışkanlara Newtonian akışkanlar, uymayanlara Non-Newtonian(Newtonyen olmayan) akışkanlar denir. Non-Newtonian akışkanların viskoziteleri sıcaklığa bağlı değildir. Çoğu Non-Newtonian akışkanın viskozitesi yüzey gerilimine bağlı değişir. 

Bir çok su çözeltisi, ketçap, krema, diş macunu, boya, kan, nişasta bu gruba girer. Örneğin nişastayı suyla karıştırıp kıvamlı hale getirdiğimizde, sakin sakin dökersek akıcı haldeyken, ani darbeye karşı katılaşan bir hal sergiler. Kayma gerilmesi kalktıktan sonra akıcı hale geri döner.

Bir kase, biraz mısır nişastası ve su ile kendiniz de yapabilirsiniz.