द्रव गतीची मूलभूत संकल्पना – द्रव गतिकीची तत्त्वे कोणती आहेत?

प्रस्तावना

मागील प्रकरणात असे दाखवण्यात आले होते की, स्थिर द्रवांद्वारे प्रयुक्त होणाऱ्या बलांसाठी अचूक गणितीय समीकरणे सहजपणे मिळवता येतात. याचे कारण असे की, द्रवस्थैतिक प्रवाहात केवळ साधी दाब बलेच समाविष्ट असतात. जेव्हा गतिमान द्रवाचा विचार केला जातो, तेव्हा विश्लेषणाची समस्या लगेचच अधिक कठीण होते. केवळ कणांच्या वेगाचे परिमाण आणि दिशा यांचाच विचार करावा लागत नाही, तर श्यानतेचा (viscosity) गुंतागुंतीचा प्रभावही विचारात घ्यावा लागतो, ज्यामुळे गतिमान द्रव कणांमध्ये आणि सामावणाऱ्या सीमांवर कर्तन किंवा घर्षणीय प्रतिबल निर्माण होते. द्रव पिंडाच्या वेगवेगळ्या घटकांमध्ये शक्य असलेल्या सापेक्ष गतीमुळे, प्रवाहाच्या परिस्थितीनुसार एका बिंदूपासून दुसऱ्या बिंदूपर्यंत दाब आणि कर्तन प्रतिबलामध्ये लक्षणीय बदल होतो. प्रवाह घटनेशी संबंधित गुंतागुंतीमुळे, अचूक गणितीय विश्लेषण केवळ काही मोजक्या आणि अभियांत्रिकी दृष्टिकोनातून काहीशा अव्यवहार्य प्रकरणांमध्येच शक्य होते. त्यामुळे, प्रवाहाच्या समस्या एकतर प्रयोगाद्वारे किंवा सैद्धांतिक समाधान मिळवण्यासाठी पुरेशी काही सोपी गृहीतके मांडून सोडवणे आवश्यक ठरते. हे दोन्ही दृष्टिकोन परस्परविरोधी नाहीत, कारण यांत्रिकीचे मूलभूत नियम नेहमीच लागू होतात आणि अनेक महत्त्वाच्या प्रकरणांमध्ये अर्ध-सैद्धांतिक पद्धतींचा अवलंब करण्यास सक्षम करतात. तसेच, सरलीकृत विश्लेषणामुळे वास्तविक परिस्थितीपासून होणाऱ्या विचलनाची व्याप्ती प्रायोगिकरित्या निश्चित करणे महत्त्वाचे आहे.

सर्वात सामान्य सोपे गृहीतक असे आहे की द्रव आदर्श किंवा परिपूर्ण आहे, ज्यामुळे गुंतागुंतीचे स्निग्धतेचे परिणाम नाहीसे होतात. हा अभिजात जलगतिकीचा (क्लासिकल हायड्रोडायनामिक्स) आधार आहे, जी उपयोजित गणिताची एक शाखा आहे आणि स्टोक्स, रेले, रँकिन, केल्विन आणि लँब यांसारख्या प्रख्यात विद्वानांनी याकडे लक्ष दिले आहे. अभिजात सिद्धांतामध्ये गंभीर अंगभूत मर्यादा आहेत, परंतु पाण्याची स्निग्धता तुलनेने कमी असल्यामुळे, ते अनेक परिस्थितींमध्ये वास्तविक द्रवाप्रमाणे वागते. या कारणास्तव, द्रवाच्या गतीच्या वैशिष्ट्यांच्या अभ्यासासाठी अभिजात जलगतिकीला एक अत्यंत मौल्यवान पार्श्वभूमी मानले जाऊ शकते. प्रस्तुत प्रकरण द्रवाच्या गतीच्या मूलभूत गतिकशास्त्राशी संबंधित आहे आणि स्थापत्य अभियांत्रिकी जलगतिकीमध्ये (सिव्हिल इंजिनिअरिंग हायड्रॉलिक्स) येणाऱ्या अधिक विशिष्ट समस्यांशी संबंधित पुढील प्रकरणांसाठी एक मूलभूत प्रस्तावना म्हणून काम करते. द्रवाच्या गतीची तीन महत्त्वाची मूलभूत समीकरणे, म्हणजेच सातत्य (कंटिन्युइटी), बर्नोली आणि संवेग (मोमेंटम) समीकरणे, मिळवली आहेत आणि त्यांचे महत्त्व स्पष्ट केले आहे. नंतर, अभिजात सिद्धांताच्या मर्यादा विचारात घेतल्या आहेत आणि वास्तविक द्रवाच्या वर्तनाचे वर्णन केले आहे. संपूर्ण विवेचनात एक असंपीड्य (इनकंप्रेसिबल) द्रव गृहीत धरला आहे.

प्रवाहाचे प्रकार

द्रव गतीच्या विविध प्रकारांचे वर्गीकरण खालीलप्रमाणे केले जाऊ शकते:

१. प्रक्षुब्ध आणि स्तरीय

२. परिवलनशील आणि अपरिवलनशील

३. स्थिर आणि अस्थिर

४. एकसमान आणि असमान.