Aerostatica

Un sottocampo della statica dei fluidi, l' aerostatica è lo studio dei gas che non sono in movimento rispetto al sistema di coordinate in cui sono considerati. Lo studio corrispondente dei gas in movimento si chiama aerodinamica.

L'aerostatica studia l'allocazione della densità, specialmente nell'aria. Una delle applicazioni di questo è la formula barometrica.

Un aerostato è un velivolo più leggero dell'aeromobile, come un dirigibile o un pallone, che utilizza i principi dell'aerostatica per galleggiare.

Leggi di base

Il trattamento delle equazioni del comportamento gassoso a riposo è generalmente considerato, come negli idrostatici, per iniziare con una considerazione delle equazioni generali del momento per il flusso del fluido, che possono essere espresse come:

ρ = −∂P∂xj − ∂τij∂xi + ρgj {\ displaystyle \ rho = - {\ partial P \ over \ partial x_ {j}} - {\ partial \ tau _ {ij} \ over \ partial x_ { i}} + \ rho g_ {j}},

dove ρ {\ displaystyle \ rho} è la densità di massa del fluido, Uj {\ displaystyle U_ {j}} è la velocità istantanea, P {\ displaystyle P} è la pressione del fluido, g {\ displaystyle g} è il corpo esterno forze che agiscono sul fluido e τij {\ displaystyle \ tau _ {ij}} è il coefficiente di trasporto del momento. Poiché la natura statica del fluido impone che Uj = 0 {\ displaystyle U_ {j} = 0} e che τij = 0 {\ displaystyle \ tau _ {ij} = 0}, la seguente serie di equazioni differenziali parziali che rappresentano le equazioni di base di aerostatica si trova .:154

∂P∂xj = ρgj {\ displaystyle {\ partial P \ over \ partial x_ {j}} = \ rho g_ {j}}

Tuttavia, la presenza di una densità non costante come si trova nei sistemi a fluido gassoso (a causa della compressibilità dei gas) richiede l'inclusione della legge del gas ideale:

Pρ = RT {\ displaystyle {P \ over \ rho} = RT},

dove R {\ displaystyle R} indica la costante universale del gas e T {\ displaystyle T} la temperatura del gas, al fine di rendere valide le equazioni differenziali parziali aerostatiche:

∂P∂xj = ρgj ^ = P RTgj ^ {\ displaystyle {\ partial P \ over \ partial x_ {j}} = \ rho {\ hat {g_ {j}}} = {P \ over \ RT} {\ hat {g_ {j}}}},

che può essere impiegato per calcolare la distribuzione della pressione nei gas i cui stati termodinamici sono dati dall'equazione di stato per i gas ideali .:183

Campi di studio

• Fluttuazione della pressione atmosferica
• Composizione dell'aria di montagna
• Sezione trasversale dell'atmosfera
• Densità del gas
• Diffusione di gas nel suolo
• Pressione del gas
• Teoria cinetica dei gas
• Pressioni parziali nelle miscele di gas
• Misurazione della pressione