W jaki sposób można obliczyć ilość wody, która pod danym ciśnieniem przepłynie przez działko o znanym przekroju?
W jaki sposób można obliczyć ilość wody, która pod danym ciśnieniem przepłynie przez działko o znanym przekroju?
Jednym z podstawowych rodzajów przepływu w mechanice płynów jest tak zwany przepływ Poiseuille’a, czyli przepływ przez rurę o stały przekroju. Dla znanego promienia rury $R$, różnicy ciśnień między końcami rury $\Delta p$, długości rury $L$ oraz lepkości płynu $\mu$ (dla wody w temperaturze pokojowej $\mu = 0.89$ mPa$\cdot$s), profil prędkości płynu w zależności od odległości $r$ od osi symetrii rury wyraża się wzorem
$$
v(r) = \frac{R^2\Delta p}{4\mu L}\big(1-\frac{r^2}{R^2} \big).
$$
Powyższy wzór jest rozwiązaniem równania Naviera-Stokesa dla przepływ laminarnego (pozbawionego turbulencji) oraz nieściśliwego (zachowującego stałą gęstość płynu) przez bardzo długą rurę. W przypadku przepływu przez działko jest to zatem jedynie przybliżenie. Zgodnie z tym przybliżeniem, objętość płynu $Q$, która przepłynie przez działko w trakcie jednej sekundy, określona jest następującym wzorem
$$
Q = \frac{\pi R^4 \Delta p}{8\mu L}.
$$