Mikä on nestemekaniikka?

Nestemekaniikka on fysiikan haara, joka koskee nesteiden tutkimista ja tapoja, joilla ne ovat vuorovaikutuksessa voimien kanssa. Sekä nesteitä että kaasuja pidetään tässä tieteenalalla nesteinä. Usein nestemekaniikan ala on jaettu kahteen tarkempaan tutkimusalueeseen. Nämä ovat nesteen staattisuutta ja nesteen dynamiikkaa, jotka koskevat levossa olevia nesteitä ja liikkuvia nesteitä. Nestemekaniikka voi sisältää erittäin monimutkaista matematiikkaa, ja nykyaikaisten tietokoneiden apu on parantanut tätä tiedettä merkittävästi.

Nestemekaniikan kronologiset juuret ulottuvat ainakin muinaisiin kreikkalaisiin. Kreikkalainen fyysikko ja keksijä Archimedes oli kirjoittanut joitain ensimmäisiä tuntemiamme tutkimuksia, jotka koskivat nesteen staattisuutta, mukaan lukien kelluvuusominaisuutta. Keskiaikaiset persialaiset filosofit yhdensivät nämä muinaiset teokset omiin tutkimuksiinsa nesteen dynamiikasta, jotka toimivat varhaisena edeltäjänä nykyaikaiselle nesteen dynamiikalle. Sellaiset tunnetut historialliset henkilöt, kuten Leonardo da Vinci ja Sir Isaac Newton, sekä muut tekivät merkittävää panosta ymmärrykseemme neste mekaniikasta.

Kaikki tieteen tyypit alkavat perustavanlaatuisista oletuksista, jotka ohjaavat heidän opiskeluaan. Nestemekaniikka määritellään tyypillisesti siten, että sen juurella on kolme perusedellytystä tai olettamusta. Ensimmäinen on massan säilyttäminen, mikä tarkoittaa, että massaa ei voida luoda spontaanisti eikä tuhota, vaikka se voi muuttaa muotojaan. Toinen oletus, vauhdin säilyttäminen, on hieman samanlainen. Tämä laki sanoo, että suljetun järjestelmän kokonaisvauhti on vakio, eikä se voi spontaanisti ilmestyä tai katoa.

Kolmas nesteen mekaniikkaa koskeva perusolettama on niin kutsuttu jatkuvuushypoteesi. Tämä on tapa nähdä nesteitä, joissa ei oteta huomioon erillisten molekyylien läsnäoloa. Sen sijaan nesteen ominaisuuksien oletetaan vaihtelevan jatkuvasti pisteestä toiseen.

Koska jatkuvuushypoteesi jättää huomiotta pienten ainehiukkasten todellisen luonteen, se on vain likimääräinen, jota käytetään laskelmien työkaluna. Se voi johtaa hieman epätarkkaan ratkaisuun, mutta myös ratkaisuihin, jotka ovat erittäin tarkkoja ihanteellisissa olosuhteissa. Muita, tarkempia menetelmiä on olemassa, mutta tämä hypoteesi on usein varsin hyödyllinen alustavana oletuksena. Usein voidaan myös olettaa, että tietty neste on puristumaton, eli sitä ei voida puristaa. Tämä koskee kuitenkin vain nesteitä, ei kaasuja.