Hydraulika

„Hydrauliczne” przekierowuje tutaj. W przypadku innych zastosowań zobacz Hydraulic (ujednoznacznienie) .
Aby zapoznać się z technologią mechaniczną, zobacz maszyny hydrauliczne .

Hydraulika i inne studia
Otwarty kanał o jednolitej głębokości. Hydraulika kanałów otwartych zajmuje się strumieniami jednorodnymi i niejednorodnymi.
Ilustracja hydrauliki i hydrostatyki, z „Table of Hydraulics and Hydrostatics”, z Cyclopædia lub Universal Dictionary of Arts and Sciences , pod redakcją Ephraima Chambersa , 1728, tom. 1

Hydraulika (z greckiego : Υδραυλική) to technologia i nauka stosowana wykorzystująca inżynierię , chemię i inne nauki dotyczące właściwości mechanicznych i wykorzystania cieczy . Na bardzo podstawowym poziomie hydraulika jest płynnym odpowiednikiem pneumatyki , która dotyczy gazów . Mechanika płynów zapewnia teoretyczne podstawy hydrauliki, która koncentruje się na inżynierii stosowanej wykorzystującej właściwości płynów. W swojej płynnej mocy zastosowaniach, hydraulika służy do wytwarzania, sterowania i przenoszenia mocy za pomocą cieczy pod ciśnieniem . Tematy hydrauliczne obejmują niektóre części nauki i większość modułów inżynierskich i obejmują koncepcje, takie jak przepływ rur , projektowanie zapór , płyny i obwody sterowania płynami. Zasady hydrauliki są naturalnie stosowane w ludzkim ciele w układzie naczyniowym i tkance erekcyjnej. Hydraulika powierzchni swobodnych to dział hydrauliki zajmujący się swobodnymi przepływami powierzchniowymi , takimi jak występujące w rzekach , kanały , jeziora , ujścia rzek i morza . Jego poddziedzina przepływu w otwartym kanale bada przepływ w otwartych kanałach .

Słowo „hydraulika” pochodzi od greckiego słowa ὑδραυλικός ( hydraulikos ), które z kolei pochodzi od ὕδωρ ( hydor , po grecku woda ) i αὐλός ( aulos , co oznacza rurę ).

Historia

Epoki starożytne i średniowieczne

Koła wodne

Wczesne zastosowania energii wodnej sięgają Mezopotamii i starożytnego Egiptu , gdzie nawadnianie stosowano od VI tysiąclecia pne, a zegary wodne od początku II tysiąclecia pne. Inne wczesne przykłady wodnej obejmują system Qanat w starożytnej Persji i system wodny Turpan w starożytnej Azji Środkowej.

Imperium perskie

W Imperium Perskim Persowie zbudowali skomplikowany system młynów wodnych, kanałów i tam, znany jako Historyczny System Hydrauliczny Shushtar . Projekt, zapoczątkowany przez króla Achemenidów Dariusza Wielkiego , a ukończony przez grupę rzymskich inżynierów schwytanych przez sasańskiego króla Szapura I , został nazwany przez UNESCO „arcydziełem twórczego geniuszu”. Byli także wynalazcami Qanat, podziemnego akweduktu. Kilka dużych, starożytnych ogrodów Iranu zostało nawodnionych dzięki Qanats.

Najwcześniejsze ślady kół wodnych i młynów wodnych pochodzą ze starożytnego Bliskiego Wschodu w IV wieku pne, szczególnie w Imperium Perskim przed 350 rokiem pne, w regionach Iraku , Iranu i Egiptu .

Chiny

W starożytnych Chinach istniał Sunshu Ao (VI wiek pne), Ximen Bao (V wiek pne), Du Shi (ok. 31 rne), Zhang Heng (78 – 139 ne) i Ma Jun (200 – 265 ne), podczas gdy Chiny miały Su Song (1020-1101 ne) i Shen Kuo (1031-1095). Du Shi zastosował koło wodne do napędzania miechów wielkiego pieca produkującego żeliwo . Zhang Heng jako pierwszy zastosował hydraulikę do zapewnienia siły napędowej podczas obracania sfery armilarnej podczas obserwacji astronomicznych .

Sri Lanka

Fosa i ogrody w Sigiriya

W starożytnej Sri Lance hydraulika była szeroko stosowana w starożytnych królestwach Anuradhapura i Polonnaruwa . Odkrycie zasady działania wieży zaworowej lub studzienki zaworowej (Bisokotuwa w języku syngaleskim) regulującej ucieczkę wody przypisuje się pomysłowości ponad 2000 lat temu. Do pierwszego wieku naszej ery zakończono kilka prac irygacyjnych na dużą skalę. Makro- i mikrohydraulika w celu zaspokojenia potrzeb domowego ogrodnictwa i rolnictwa, odwadniania powierzchni i kontroli erozji, ozdobnych i rekreacyjnych cieków wodnych oraz konstrukcji oporowych, a także systemów chłodzenia były na miejscu w Sigiriya , Sri Lanka. Koral na masywnej skale w tym miejscu zawiera cysterny do zbierania wody. Duże starożytne zbiorniki Sri Lanki to Kalawewa (Król Dhatusena), Parakrama Samudra (Król Parakrama Bahu), Tisa Wewa (Król Dutugamunu), Minneriya (Król Mahasen)

świat grecko-rzymski

W starożytnej Grecji Grecy budowali wyrafinowane systemy zasilania wodą i hydrauliką. Przykładem jest budowa przez Eupalinos , w ramach zamówienia publicznego, kanału nawadniającego dla Samos , tunelu Eupalinos . Wczesnym przykładem zastosowania koła hydraulicznego, prawdopodobnie najwcześniejszym w Europie, jest koło Perachora (III wiek pne).

W grecko-rzymskim Egipcie godne uwagi jest zbudowanie pierwszych hydraulicznych automatów maszynowych przez Ktesibiusa (rozkwit ok. 270 pne) i Hero z Aleksandrii (ok. 10 – 80 ne). Hero opisuje kilka działających maszyn wykorzystujących energię hydrauliczną, takich jak pompa ciśnieniowa , która znana jest z wielu rzymskich miejsc jako używana do podnoszenia wody i w wozach strażackich.

Akwedukt w Segowii , arcydzieło z I wieku naszej ery

W Cesarstwie Rzymskim opracowano różne zastosowania hydrauliczne, w tym publiczne zaopatrzenie w wodę, niezliczone akwedukty , zasilanie za pomocą młynów wodnych i górnictwo hydrauliczne . Byli jednymi z pierwszych, którzy wykorzystali syfon do przenoszenia wody przez doliny i używali wyciszania na dużą skalę do poszukiwania, a następnie wydobywania rud metali . Szeroko stosowali ołów w instalacjach hydraulicznych do użytku domowego i publicznego, takich jak termy zasilające . [ potrzebne źródło ]

Wydobycie hydrauliczne stosowano na polach złota w północnej Hiszpanii, podbitej przez Augusta w 25 rpne. Aluwialna kopalnia złota Las Medulas była jedną z największych z ich kopalń. Działało co najmniej siedem długich akweduktów, a strumienie wody były wykorzystywane do erozji miękkich osadów, a następnie wypłukiwania odpadów poflotacyjnych w celu uzyskania cennej zawartości złota.

Świat arabsko-islamski

W świecie muzułmańskim podczas islamskiego złotego wieku i arabskiej rewolucji rolniczej (VIII – XIII wiek) inżynierowie szeroko wykorzystywali energię wodną, ​​a także wczesne zastosowania energii pływów i dużych kompleksów fabryk hydraulicznych. W świecie islamskim używano różnych młynów przemysłowych napędzanych wodą, w tym foluszów , młynów zbożowych , papierni , hullerów , tartaków , młynów okrętowych , młynów stemplowych , huty , cukrownie i młyny pływowe . Do XI wieku w każdej prowincji świata islamskiego działały te młyny przemysłowe, od Al-Andalus i Afryki Północnej po Bliski Wschód i Azję Środkową . Inżynierowie muzułmańscy używali również turbin wodnych , stosowali przekładnie w młynach wodnych i maszynach do podnoszenia wody, a także byli pionierami w wykorzystaniu zapór jako źródła energii wodnej, wykorzystywanej do dostarczania dodatkowej mocy do młynów wodnych i maszyn do podnoszenia wody.

Al-Jazari (1136–1206) opisał projekty 50 urządzeń, z których wiele było napędzanych wodą, w swojej książce The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices , w tym zegary wodne, urządzenie do serwowania wina i pięć urządzeń do podnoszenia wody z rzek lub basenów. Należą do nich pas bez końca z przymocowanymi dzbankami oraz urządzenie posuwisto-zwrotne z zaworami na zawiasach.

Najwcześniejszymi programowalnymi maszynami były urządzenia napędzane wodą opracowane w świecie muzułmańskim. Sekwencer muzyczny , programowalny instrument muzyczny , był najwcześniejszym rodzajem programowalnej maszyny. Pierwszym sekwencerem muzycznym był zautomatyzowany flet napędzany wodą, wynaleziony przez braci Banu Musa , opisany w ich Księdze pomysłowych urządzeń w IX wieku. W 1206 roku Al-Dżazari wynalazł programowalne automaty/ roboty zasilane wodą . Opisał cztery automaty muzycy, w tym perkusiści obsługiwani przez programowalną maszynę perkusyjną , w której można było zmusić ich do grania różnych rytmów i różnych schematów perkusyjnych. Zegar zamkowy , mechaniczny zegar astronomiczny napędzany wodą , wynaleziony przez Al-Dżazariego, był pierwszym programowalnym komputerem analogowym .

Era nowożytna (ok. 1600–1870)

Benedetto Castelli

W 1619 roku Benedetto Castelli , uczeń Galileo Galilei , opublikował książkę Della Misura dell'Acque Correnti , czyli „O pomiarach płynących wód”, jedną z podstaw współczesnej hydrodynamiki. Od 1626 roku był głównym doradcą papieża w sprawach hydrotechnicznych, tj. zarządzania rzekami w Państwie Kościelnym.

Blaise Pascal

Blaise Pascal (1623-1662) studiował hydrodynamikę płynów i hydrostatykę, koncentrując się na zasadach płynów hydraulicznych. Jego odkrycie dotyczące teorii hydrauliki doprowadziło do wynalezienia przez niego prasy hydraulicznej , która mnoży mniejszą siłę działającą na mniejszy obszar w celu przyłożenia większej siły zsumowanej na większym obszarze, przenoszonej przez to samo ciśnienie (lub dokładną zmianę ciśnienia ) w obu miejscach. Prawo Pascala lub zasada głosi, że dla nieściśliwego płynu w stanie spoczynku różnica ciśnień jest proporcjonalna do różnicy wysokości i ta różnica pozostaje taka sama, niezależnie od tego, czy całkowite ciśnienie płynu zmienia się pod wpływem siły zewnętrznej. Oznacza to, że zwiększenie ciśnienia w jakimkolwiek punkcie zamkniętego płynu powoduje taki sam wzrost na każdym drugim końcu pojemnika, tj. jakakolwiek zmiana ciśnienia przyłożona w dowolnym punkcie płynu jest przenoszona w niezmienionej postaci przez płyny.

Jean Léonard Marie Poiseuille

Francuski lekarz Poiseuille (1797-1869) badał przepływ krwi przez ciało i odkrył ważne prawo regulujące szybkość przepływu ze średnicą rurki, w której nastąpił przepływ. [ potrzebne źródło ]

W UK

W XIX wieku kilka miast rozwinęło ogólnomiejskie sieci hydrauliczne do obsługi maszyn, takich jak windy, dźwigi, kabestany i tym podobne. Joseph Bramah (1748–1814) był wczesnym innowatorem, a William Armstrong (1810–1900) udoskonalił urządzenie do dostarczania energii na skalę przemysłową. W Londynie London Hydraulic Power Company była głównym dostawcą rur obsługujących duże części londyńskiego West Endu , City i Docks , ale istniały systemy ograniczone do pojedynczych przedsiębiorstw, takich jak doki i kolejowe place towarowe .

Modele hydrauliczne

Gdy uczniowie zrozumieją podstawowe zasady hydrauliki, niektórzy nauczyciele używają analogii hydraulicznej , aby pomóc uczniom nauczyć się innych rzeczy. Na przykład:

  • Komputer MONIAC ​​wykorzystuje wodę przepływającą przez elementy hydrauliczne, aby pomóc uczniom w nauce ekonomii.
  • Analogia termiczno-hydrauliczna wykorzystuje zasady hydrauliczne, aby pomóc uczniom w nauce o obwodach termicznych.
  • elektroniczno- hydrauliczna wykorzystuje zasady hydrauliki, aby pomóc uczniom w nauce elektroniki.

Zachowanie wymaganej masy w połączeniu ze ściśliwością płynu daje fundamentalną zależność między ciśnieniem, przepływem płynu i rozszerzalnością objętościową, jak pokazano poniżej:

Zakładając nieściśliwy płyn lub „bardzo duży” stosunek ściśliwości do objętości zawartego płynu, skończona szybkość wzrostu ciśnienia wymaga, aby jakikolwiek przepływ netto do zebranej objętości płynu spowodował zmianę objętości.

Zobacz też

Notatki

  •   Rashid, Rushdi; Morelon, Régis (1996), Encyklopedia historii nauki arabskiej , Londyn: Routledge, ISBN 978-0-415-12410-2 .

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Hydraulics&oldid=1131225408 ”