Hidraulică - Hydraulics
.svg)
Hidraulica (din greacă : Υδραυλική) este o tehnologie și științe aplicate folosind inginerie , chimie și alte științe care implică proprietățile mecanice și utilizarea lichidelor . La un nivel foarte de bază, hidraulica este omologul lichid al pneumaticii , care se referă la gaze . Mecanica fluidelor oferă fundamentul teoretic pentru hidraulică, care se concentrează pe ingineria aplicată utilizând proprietățile fluidelor. În aplicațiile sale de putere fluidă , hidraulica este utilizată pentru generarea, controlul și transmiterea puterii prin utilizarea lichidelor sub presiune . Subiectele hidraulice acoperă unele părți ale științei și majoritatea modulelor de inginerie și acoperă concepte precum debitul conductelor , proiectarea barajului , fluidica și circuitele de control al fluidelor. Principiile hidraulice sunt utilizate în mod natural în corpul uman în cadrul sistemului vascular și al țesutului erectil. Hidraulica de suprafață liberă este ramura hidraulică care se ocupă de fluxul liber de suprafață , cum ar fi în râuri , canale , lacuri , estuare și mări . Fluxul său sub-câmp în canal deschis studiază fluxul în canale deschise .
Cuvântul „hidraulică” provine din cuvântul grecesc ὑδραυλικός ( hydraulikos ) care la rândul său provine din ὕδωρ ( hydor , grecesc pentru apă ) și αὐλός ( aulos , adică țeavă ).
Istorie
Epoci antice și medievale
Utilizări timpurii de putere dată de apă înapoi în Mesopotamia și Egiptul antic , în cazul în care irigarea a fost folosit din al 6 - lea mileniu BC și apă ceasurile au fost folosite inca de la inceputul doilea mileniu î.Hr.. Alte exemple timpurii de putere a apei includ sistemul Qanat din Persia antică și sistemul de apă Turpan din Asia Centrală antică.
Imperiul persan
În Imperiul persan , persii au construit un sistem complicat de mori de apă, canale și baraje cunoscut sub numele de Shushtar Historical Hydraulic System . Proiectul, început de regele achemenid Darius cel Mare și finalizat de un grup de ingineri romani capturați de regele Sasanian Shapur I , a fost menționat de UNESCO drept „o capodoperă a geniului creator”. Au fost, de asemenea, inventatorii Qanat, un apeduct subteran. Câteva dintre grădinile vechi și mari ale Iranului au fost irigate datorită Qanats
Cele mai vechi dovezi ale roților de apă și ale morilor de apă datează din vechiul Orient Apropiat în secolul al IV-lea î.Hr., în special în Imperiul Persan înainte de 350 î.Hr., în regiunile Irakului , Iranului și Egiptului .
China
În China antică existau Sunshu Ao (secolul al VI-lea î.Hr.), Ximen Bao (secolul al V-lea î.Hr.), Du Shi (circa 31 d.Hr.), Zhang Heng (78 - 139 d.Hr.) și Ma Jun (200 - 265 d.Hr.), în timp ce medieval China a avut Su Song (1020 - 1101 d.Hr.) și Shen Kuo (1031-1095). Du Shi a folosit o roată de apă pentru a alimenta burduful unui furnal care produce fontă . Zhang Heng a fost primul care a folosit sistemul hidraulic pentru a oferi putere motrice în rotirea unei sfere armilare pentru observare astronomică .
Sri Lanka
În Sri Lanka antică, hidraulica era folosită pe scară largă în regatele antice din Anuradhapura și Polonnaruwa . Descoperirea principiului turnului de supapă sau fosa supapei (Bisokotuwa în sinhaleză) pentru reglarea evadării apei este creditată cu ingeniozitate în urmă cu mai bine de 2.000 de ani. Până în secolul I d.Hr., mai multe lucrări de irigații la scară largă fuseseră finalizate. Macro- și micro-hidraulică pentru a asigura nevoile horticole și agricole domestice, drenajul suprafeței și controlul eroziunii, cursurile de apă ornamentale și recreative și structurile de reținere și, de asemenea, sistemele de răcire erau la locul lor în Sigiriya , Sri Lanka. Coralul de pe stânca masivă de pe sit include cisterne pentru colectarea apei. Rezervoarele antice mari din Sri Lanka sunt Kalawewa (regele Dhatusena), Parakrama Samudra (regele Parakrama Bahu), Tisa Wewa (regele Dutugamunu), Minneriya (regele Mahasen)
Lumea greco-romană
În Grecia Antică , grecii au construit sisteme sofisticate de alimentare cu apă și hidraulică. Un exemplu este construirea de către Eupalinos , sub contract public, a unui canal de udare pentru Samos , Tunelul Eupalinos . Un exemplu timpuriu de utilizare a roții hidraulice, probabil cea mai timpurie din Europa, este roata Perachora (secolul III î.Hr.).
În Egiptul greco-roman , construcția primelor automate de mașini hidraulice de către Ctesibius (înflorit în 270 î.Hr.) și Hero of Alexandria (c. 10 - 80 d.Hr.) este notabilă. Hero descrie mai multe mașini de lucru care utilizează energie hidraulică, cum ar fi pompa de forță , care este cunoscută din multe situri romane ca fiind folosită pentru ridicarea apei și în mașinile de pompieri.
În Imperiul Roman , au fost dezvoltate diferite aplicații hidraulice, inclusiv aprovizionarea cu apă publică, nenumărate apeducte , energie utilizând mori de apă și minerit hidraulic . Aceștia au fost printre primii care au folosit sifonul pentru a transporta apa peste văi și au folosit cusături pe scară largă pentru a căuta și apoi a extrage minereuri metalice . Aceștia au folosit plumb pe scară largă în sistemele de instalații sanitare pentru aprovizionarea internă și publică, cum ar fi termele de alimentare .
Exploatarea hidraulică a fost folosită în câmpurile de aur din nordul Spaniei, care a fost cucerită de Augustus în 25 î.Hr. Mina de aur aluvionară din Las Medulas a fost una dintre cele mai mari dintre minele lor. Cel puțin șapte apeducte lungi au lucrat-o, iar cursurile de apă au fost folosite pentru a eroda depozitele moi și apoi a spăla sterilele pentru conținutul valoros de aur.
Lumea arabo-islamică
În lumea musulmană în timpul Epocii de Aur Islamice și a Revoluției Agricole Arabe (secolele VIII-XIII), inginerii au folosit pe scară largă energia hidroenergetică, precum și utilizările timpurii ale mareelor și complexele mari de fabrici hidraulice . O varietate de mori industriale alimentate cu apă au fost folosite în lumea islamică, inclusiv piuare mori, gristmills , fabricile de hârtie , hullers , Gatere , mori de nave , Șteamp , otelarii , fabrici de zahăr , și mori de maree . Până în secolul al XI-lea, fiecare provincie din întreaga lume islamică avea aceste mori industriale în funcțiune, de la Al-Andalus și Africa de Nord până în Orientul Mijlociu și Asia Centrală . Inginerii musulmani au folosit, de asemenea , turbine de apă , au folosit unelte în mori de apă și mașini de ridicat apa și au fost pionierii utilizării barajelor ca sursă de alimentare cu apă, folosită pentru a furniza energie suplimentară morilor de apă și mașinilor de ridicare a apei.
Al-Jazari (1136-1206) a descris proiectele pentru 50 de dispozitive, multe dintre ele alimentate cu apă, în cartea sa, Cartea cunoașterii dispozitivelor mecanice ingenioase , inclusiv ceasuri de apă, un dispozitiv pentru servirea vinului și cinci dispozitive pentru ridicarea apei din râuri sau bazine. Acestea includ o centură nesfârșită cu ulcioare atașate și un dispozitiv alternativ cu supape articulate.
Cele mai vechi mașini programabile au fost dispozitive alimentate cu apă, dezvoltate în lumea musulmană. Un secvențial de muzică , un instrument muzical programabil , a fost cel mai vechi tip de mașină programabilă. Primul secvențier muzical a fost un flautist automat cu apă, inventat de frații Banu Musa , descris în Cartea lor de dispozitive ingenioase , în secolul al IX-lea. În 1206, Al-Jazari a inventat automatele / roboții programabili alimentați cu apă . El a descris patru muzicieni automat , inclusiv toboșari acționați de o mașină de tobe programabilă , în care aceștia puteau face să joace ritmuri diferite și diferite modele de tobe. Ceasul castel , un mecanic hidro-alimentat cu ceas astronomic inventat de Al-Jazari, a fost primul programabil calculator analogic .
Era modernă (c. 1600 - 1870)
Benedetto Castelli
În 1619 Benedetto Castelli , student al lui Galileo Galilei , a publicat cartea Della Misura dell'Acque Correnti sau „Despre măsurarea apelor curgătoare ”, una dintre bazele hidrodinamicii moderne. A servit ca consultant șef al Papei pentru proiecte hidraulice, adică gestionarea râurilor din statele papale, începând din 1626.
Blaise Pascal
Blaise Pascal (1623–1662) a studiat hidrodinamica și hidrostatica fluidelor, centrate pe principiile fluidelor hidraulice. Descoperirea sa asupra teoriei din spatele hidraulicii a dus la inventarea presei hidraulice , care a multiplicat o forță mai mică care acționează pe o zonă mai mică în aplicarea unei forțe mai mari totalizate pe o zonă mai mare, transmisă prin aceeași presiune (sau schimbarea exactă a presiunii) ) în ambele locații. Legea sau principiul lui Pascal afirmă că pentru un fluid incompresibil în repaus, diferența de presiune este proporțională cu diferența de înălțime și această diferență rămâne aceeași indiferent dacă presiunea totală a fluidului este modificată sau nu prin aplicarea unei forțe externe. Aceasta implică faptul că, prin creșterea presiunii în orice punct al unui fluid limitat, există o creștere egală la fiecare alt capăt al recipientului, adică orice schimbare de presiune aplicată în orice punct al lichidului este transmisă nediminuată în întregul fluid.
Jean Léonard Marie Poiseuille
Un medic francez, Poiseuille (1797–1869) a cercetat fluxul de sânge prin corp și a descoperit o lege importantă care guvernează rata de curgere cu diametrul tubului în care s-a produs curgerea.
În Regatul Unit
Mai multe orașe au dezvoltat rețele de energie hidraulică la nivelul întregului oraș în secolul al XIX-lea, pentru a opera utilaje precum ascensoare, macarale, cabane și altele asemenea. Joseph Bramah (1748–1814) a fost un inovator timpuriu și William Armstrong (1810–1900) a perfecționat aparatul pentru furnizarea de energie la scară industrială. În Londra, London Hydraulic Power Company a fost un furnizor major al conductelor sale care deserveau părți mari din West End din Londra , City și docuri , dar existau scheme limitate la întreprinderi individuale, cum ar fi docurile și șantierele de mărfuri feroviare .
Modele hidraulice
După ce elevii înțeleg principiile de bază ale hidraulicii, unii profesori folosesc o analogie hidraulică pentru a-i ajuta pe elevi să învețe alte lucruri. De exemplu:
- MONIAC calculator folosește apa care curge prin componente hidraulice pentru elevii de ajutor să învețe despre economie.
- Analogia termohidraulică utilizează principii hidraulice pentru elevii de ajutor să învețe despre circuite termice.
- Analogia electronico- hidraulică folosește principii hidraulice pentru a ajuta elevii să învețe despre electronică.
Conservarea masei cerință combinată cu fluid compresibilitate produce o relație fundamentală între presiune, debit de fluid și expansiunea volumetrică, după cum se arată mai jos:
Presupunând un fluid incompresibil sau un raport "foarte mare" de compresibilitate la volumul de fluid conținut, o rată finită de creștere a presiunii necesită ca orice flux net în volumul de fluid colectat să creeze o schimbare volumetrică.
Vezi si
Note
Referințe
- Rāshid, Rushdī; Morelon, Régis (1996), Enciclopedia istoriei științei arabe , Londra: Routledge, ISBN 978-0-415-12410-2.