Хидроаеромеханика
Хидроаеромеханиката е дял от механиката, който изучава движението на течни и газообразни среди и тяхното взаимодействие помежду си и с твърди тела, съседни на тях.
За разлика от клона на физиката - молекулярно-кинетичната теория на течностите и газовете (виж Кинетична теория), хидроаеромеханиката заменя действителната молекулярна структура на течностите и газовете с идеализирани идеи за материална среда, която има две основни свойства - непрекъснатост (непрекъснатост) и лесна подвижност (течливост). В този случай течностите се считат за практически несвиваеми.
Хидроаеромеханиката включва два основни раздела. Аеромеханиката изучава законите на движение на въздушна (или по-скоро газообразна) среда и нейното взаимодействие с твърди тела, движещи се в нея, предимно подобни по форма на използваните в авиацията (крило, удължено тяло на въртене и др.). Хидромеханиката е налягането и движението на несвиваеми течности и тяхното взаимодействие с твърди тела.
Хидроаеромеханиката е разделена на теоретична и експериментална.
При теоретично изследване на движението на течности се изчисляват или координатите на отделни частици от течността, считани за материални частици, които напълно запълват обема (представяне на Лагранж), или скоростите на тези частици в пространство, изпълнено с движеща се течност (представяне на Ойлер). Представянето на Лагранж се използва главно при описанието на колебателни явления в течност.
Теоретичната аеродинамика се основава на общите уравнения на хидроаеромеханиката. В същото време, за да изучава сравнително прости въпроси за движението на течност или газ около телата и налягането на потока върху тях, аеродинамиката използва уравненията на движението на несвиваем (за ниски скорости) или свиваем (за високи скорости) идеален флуид. При разглеждане на повечесложни въпроси прилагат уравненията на движение на вискозни течности (виж Вискозитет).
Основният проблем на експерименталната хидроаеромеханика е изучаването на взаимодействието на течности и газове с твърди тела, движещи се или в покой в тях. Експерименталните методи се основават или на съществуващи аналогии между движението на течност и газ и физически процеси, удобни за възпроизвеждане, или на моделиране. Изследването на потока течност или газ в намален мащаб се извършва в аеродинамични тунели, експериментални басейни и др.
Хидроаеростатиката, като част от хидроаеромеханиката, определя силата, с която течностите или газовете в равновесие действат върху стените на съда, както и върху телата, потопени в тях. Основните закони на хидроаеростатиката са законът на Паскал: налягането върху повърхността на течност (или газ), произведено от външни сили, се предава от течността (или газа) еднакво във всички посоки; Закон на Архимед: всяко тяло, потопено в течност (или газ), се влияе от тази течност (или газ) сила, насочена нагоре, приложена към центъра на тежестта на изместения обем и равна по големина на теглото на течността (или газа), изместена от тялото.
Първите идеи от областта на хидроаеромеханиката възникват в древни времена, тъй като са били необходими на хората в техните практически дейности: при изграждането на кладенци, канали, салове, лодки, изобретяването на такива сравнително сложни хидро- и аеродинамични устройства по това време като гребло, платно, помпа и др.
Важен проблем в хидроаеромеханиката от самото й начало е изучаването на взаимодействието между среда (вода, въздух) и тела, движещи се или почиващи в нея. През III век. пр.н.е д. Архимед открива основния закон на хидроаеростатиката и създава теорията за равновесието на течности и газове. Трудовете му послужихаосновата за създаването на редица хидравлични устройства, по-специално бутални помпи.
През Ренесанса Леонардо да Винчи, разработвайки проекти за канали и напоителни системи, изучава условията за равновесие на течностите. Наблюдавайки полетите на птиците, той открива съществуването на устойчивост на околната среда.
През 17 век френският учен Б. Паскал, когато изучава налягането на течности и газове, установи, че в дадена точка в течност и газ налягането действа с еднаква сила във всички посоки и формулира законите за пренос на налягане от течности и газове.
Първото теоретично определение на закона за съпротивлението на средата принадлежи на И. Нютон, който обяснява съпротивлението на тялото, когато се движи в течност или газ чрез удари на частици върху челната му част. Стойността му е: $R=Sρv^2,$ където $R$ е съпротивлението, $S$ е площта на най-голямото напречно сечение, $ρ$ е плътността на течността или газа, $v$ е скоростта на тялото (или потока).
На практика обаче стойността на $R,$, изчислена по формулата на Нютон, се различава от стойността, получена експериментално, например в аеродинамичен тунел, тъй като формулата на Нютон не отчита потока около телата. В тази връзка в него е въведен корекционен коефициент $C_x$, който показва колко пъти съпротивлението на тялото се различава от изчисленото по формулата: $C_x=R/(Sρv^2).$ За тела с различна форма (например чиния, топка и др.) $C_x$ има своя собствена постоянна стойност, определена от опита.
Следващият голям принос в развитието на хидроаеромеханиката е работата на швейцарския учен Д. Бернули "Хидродинамика" (1738), в която той формулира закон, който все още има важни практически приложения. Съгласно този закон налягането на протичащия флуид е по-голямо в онези участъци от потока, в които скоростта на неговото движение е по-малка, и обратно, в тезиучастъци, в които скоростта на движението му е по-голяма, налягането е по-малко.
В работата на Л. Ойлер "Общи принципи на движението на течности" (1755 г.) за първи път са изведени основните уравнения на движение на идеална течност и е дадено динамично определение на понятието налягане.
През 19 век Общата теория на движението на твърдо тяло в течност е разработена от редица учени - Г. Кирхоф, У. Томсън, Дж. Максуел, Н. Е. Жуковски, С. А. Чаплигин, А. М. Ляпунов и др. Произходът на авиацията даде мощен тласък за развитието на специален клон на хидроаеромеханиката - аеродинамиката. Появиха се произведения на Н. Е. Жуковски, С. А. Чаплигин, Ф. Ланчестър, Л. Прандтл върху теорията за движението на крилото и витлото на самолета и на целия самолет като цяло.
През първата половина на XIX век. се раждат два нови клона на хидроаеромеханиката - динамика на вискозни течности и динамика на газове.
Основите на динамиката на вискозните течности са положени през 1820-те години. от френския учен А. Навие и са завършени в трудовете на английския физик Дж. Стокс. Законът на Стокс, формулиран през 1851 г., определя съпротивителната сила $F$, изпитвана от твърда топка по време на нейното бавно транслационно движение във вискозна течност: $F=6πηrv,$ където $η$ е вискозитетът на течността, $r$ е радиусът на топката, $v$ е нейната скорост. Този закон се използва в молекулярната физика, колоидната химия и метеорологията. Може да се използва за определяне на скоростта на утаяване на фини капчици мъгла, колоидни частици. Използва се за определяне на вискозитета на много вискозни течности.
Работата на С. А. Чаплигин „За газовите струи“ (1902) е от основно значение за развитието на газовата динамика.
Съвременната хидроаеромеханика е разклонена наука, състояща се от много подраздели, тясно свързани с други науки - математика, физика, химия. Методихидроаеромеханиката решава различни технически проблеми на авиацията, ракетната техника и др.
Теоретични и експериментални изследвания в областта на хидроаеромеханиката у нас се извършват в редица институти и научни центрове, и по-специално в Централния аерохидродинамичен институт, създаден през 1918 г. в Москва.