הידרודינמיקה

ערך זה עוסק בתחום בפיזיקה ובהנדסה. אם התכוונתם לספר מאת דניאל ברנולי, ראו הידרודינמיקה (ספר).

הִידְרוֹדִינָמִיקָה היא תחום בפיזיקה ובהנדסה המהווה מימוש של מכניקת הזורמים לנוזלים כמו מים, שמן, דלק ודם. תחום זה עוסק בחקר זרימת הנוזלים ובפיתוח יישומים מעשיים שלו (כגון מדידת צמיגות, המצאת בוכנה הידראולית ועוד).

חקר הזרימה מתבצע בארבעה מישורים:

המישור התאורטי: פיתוח מודל לתכונות הנוזל וניתוח הזרימה על ידי ניתוח הכוחות הפועלים עליו, צפיפויות ולחצים - וניסוח היחסים במשוואות דיפרנציאליות או במונחים של אנרגיה ואנרגיה פוטנציאלית.
המישור הניסויי: ביצוע מחקר באמצעות ניסויים בזרימה של נוזלים, בהם נמדדים פרמטרים שונים (כגון: תכונות של נוזלים) והשתנותם כתלות בתנאי הניסוי (טמפרטורה, לחץ חיצוני ועוד). בניסויים אחרים בודקים את ההתנהגות של נוזל בתנאים שונים על מנת לדעת כיצד הוא מתנהג אמפירית (עקב חוסר ידע תאורטי בנושא).
ביצוע סימולציות וחישובים נומריים על מנת לבחון תאוריות או מכשירים המבוססים על עקרונות הידרודינמיים.
תכנון ובניית מכשירים הידרודינמיים לצורכי מחקר ולצורכי שימוש בהנדסה, בתעשייה ובחיי היום-יום.

היסטוריה

ראשיתו של התחום בניסויו של בלז פסקל במאה ה־16. הביטוי "הידרודינמיקה" עצמו (שמשמעו "תנועת מים") נטבע על ידי דניאל ברנולי בעבודתו "Hydrodynamica" ב־1738 שהייתה אחת מהחשובות והחלוציות בתחום. לאונרד אוילר מצא את המשוואות הכלליות של התחום.

התחום המשיך להתפתח עם ניסוח המכניקה האנליטית (שהיא ניסוח מתקדם מתמטית למכניקה הקלאסית של ניוטון) וחלק ניכר מהתרומות ניתנו לו על ידי מתמטיקאים שעסקו במשוואות דיפרנציאליות. בין התורמים היו ז'וזף לואי לגראנז' (1736-1813) שפיתח את משוואות אוילר-לגראנז', ז'אן לה רון ד'אלמבר (1717-1783) שגילה את משוואות קושי-רימן, פייר-סימון לפלס (1749-1827) גילה את משוואת לפלס, הרמן פון הלמהולץ וויליאם תומסון (לורד קלווין) פיתחו את התאוריה של מערבולות עם אי שוויון תומסון-הלמהולץ.

בעקבות גילוי תורת היחסות הפרטית ולאחריה תורת היחסות הכללית, בידי אלברט איינשטיין, החל להתפתח גם התחום של הידרודינמיקה יחסותית (שבניגוד להידרודינמיקה הקלאסית מבוססת על המכניקה היחסותית ולא על המכניקה הניוטונית). אחד מהישגיה של ההידרודינמיקה היחסותית הייתה הכללת צפיפות הנוזל ושטף הזרימה ל 4-וקטור צפיפות-שטף.