Hidraulică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fără note de subsol
Acest articol sau secțiune despre subiectul științei lipsește sau lipsește de note specifice și referințe bibliografice .
Comentariu : unele secțiuni nu au referințe
Deși există o bibliografie și / sau legături externe , nu există o contextualizare a surselor cu note de subsol sau alte referințe precise care indică cu exactitate originea informațiilor. Puteți îmbunătăți această intrare citând mai precis sursele . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

«Nu mi se pare că în acest loc invenția lui Arhimede despre ridicarea apei cu vița de vie trebuie să treacă cu tăcere: ceea ce nu este doar minunat, ci miraculos; pentru că vom constata că apa urcă în viță, coborând continuu. "

( Galileo Galilei , Mecanica , capitolul cohleei lui Arhimede pentru a ridica apa . [1] )
Hidraulică și hidrostatică ilustrate: experimente și măsurători. Din Ciclopedia , 1728

Hidraulica este știința care studiază mișcarea și utilizarea lichidelor , în special a apei ; [2] de fapt, cuvântul „hidraulic” derivă din cuvântul grecesc ὑδραυλικός ( hydraulikos ) derivat din ὕδραυλος care înseamnă „ hydraulus ” [3] , compus din ὑδρ- ( hydr -) care este o contracție a lui ὕδωρ ( hydor ) din sensul de „ apă ” și αυλός ( aulos ) care înseamnă „ tub ”. [4]

Mecanica fluidelor constituie baza teoretică a hidraulicii, ale cărei ramuri fundamentale sunt studiul curenților presurizați , a curenților de suprafață liberă și a foronomiei .

Istorie

Cele mai timpurii utilizări de la data de alimentare cu apă înapoi în Mesopotamia și Egipt , în cazul în care irigarea a fost folosit din al 6 - lea mileniu BC si apa ceasurile au fost folosite din două mileniul Alte exemple timpurii ale utilizării puterii apei includ qanat sistemul în vechi Persia și sistemul de apă Turfan din China antică.

Grecia antică

Grecii au continuat și au îmbunătățit construcția sistemelor hidraulice. Un exemplu celebru este construirea Eupalinos, ca parte a unui contract public, a unui canal de irigații pentru Samos. Un exemplu timpuriu de utilizare a roții de apă, probabil cea mai veche din Europa , este roata Perachora ( secolul III î.Hr. ) [5] .

Demn de remarcat este construcția automatelor hidraulice de către Ctesibius (aproximativ 270 î.Hr.) și Heron of Alexandria (aproximativ 10-80 d.Hr.). Hero descrie o serie de mașini care funcționează cu energie hidraulică , cum ar fi o pompă, cunoscută din multe situri romane pentru că a fost folosită pentru ridicarea apei și în pompele de incendiu, de exemplu.

China antică

În China antică au existat Sunshu Ao (sec. VI î.Hr.), Ximen Bao (sec. V î.Hr.), Du Shi (31 d.Hr.), Zhang Heng (78-139 d.Hr.) și Ma Jun (200 - 265 d.Hr.), în timp ce în perioada medievală China au fost Su Song (1020 - 1101 d.Hr.) și Shen Kuo (1031-1095 d.Hr.) care s-au remarcat pentru studiile lor despre hidraulică. Du Shi a folosit o roată de apă pentru a alimenta burduful unui furnal pentru producția de fontă, în timp ce Zhang Heng a fost primul care a folosit hidraulică pentru a furniza forța motrică rotativă a unei sfere armilare pentru observarea astronomică.

Roma antică

Se crede că Roma Imperială a primit peste un milion de metri cubi de apă pe zi, dintre care majoritatea furnizau case particulare prin conducte de plumb . Cel puțin o duzină de apeducte în aer liber au convergut în Roma, cu o vastă rețea subterană, cu excepția ultimilor 16 km din câmpii unde au fost preferate apeductele ridicate care, asigurând o presiune mai mare pentru utilizatorul final, au facilitat distribuția. Apeductele romane erau lucrări inginerești enorme: pentru a construi apeductul Claudius a fost necesar să transporti patruzeci de mii de căruțe de tuf pe an timp de 14 ani.

Pont du Gard din Nîmes .
Interiorul apeductului de pe Gard .

În provincii , apeductele traversau deseori văi adânci, precum în Nîmes , unde Pont du Gard , lung de 175 de metri, are o înălțime maximă de 49 de metri, și în Segovia ( Spania ), unde se află încă un pod / apeduct de 805 metri. Operațiune.

Romanii au săpat și canale pentru a îmbunătăți drenajul râurilor din întreaga Europă și pentru navigație , ca în cazul canalului Rin - Meuse lung de 37 km, care a eliminat trecerea pe mare. În acest domeniu, cea mai mare lucrare a lor a rămas încercarea de drenare a lacului Fucino , realizată prin construirea unui tunel de 5,5 km în interiorul muntelui, un record de neegalat până în 1870 , odată cu construirea tunelului feroviar Moncenisio .

Porto a fost golful artificial construit după cel al Ostiei la vremea primilor împărați : bazinul său hexagonal intern avea o adâncime de 4-5 m, o lățime de 800 de metri, docuri de cărămidă și beton și un fund de blocuri de piatră pentru a facilita drenaj.

Evul Mediu și Renașterea

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: roata de apă .
Controlați copyright icon.svg
Există un suspect de încălcare a drepturilor de autor în următorul text tehnic .
Motiv : Probabil de aici înainte, textul a fost copiat din aceste fișe de aici
Nu este recomandat să wikificați sau să extindeți textul curent, care ar putea fi șters. În schimb, puteți reformula textul în propriile cuvinte sau vă puteți alătura discuției . Urmați sfaturile de proiectare de referință .
Notificați autorul : {{Avvisocontrolcopy|voce=Idraulica}}--~~~~

În Evul Mediu, contribuția adusă hidraulicii de către lumea arabă era importantă. În zona geografică implicată în dezvoltarea timpurie a civilizației arabe, s-au efectuat lucrări importante de canalizare pentru recuperarea și distribuirea apei, cu utilizarea extinsă a sifonului , aproape necunoscută anterior. Islamul a asigurat, de asemenea, continuitatea cunoașterii cu civilizațiile antice, în special cu cultura alexandrină. Când civilizația clasică și știința ei au fost redescoperite în Renaștere , în realitate existau tehnici mult mai avansate decât în ​​antichitate și instrumente matematice mult mai versatile, cum ar fi numerotația arabă și algebra , de asemenea, de derivare arabă.

În Evul Mediu , roata de apă a fost utilizată pe scară largă în Europa pentru o mare varietate de utilizări industriale. Cartea Domesday Book , registrul funciar englezesc compilat în 1086 , menționează de exemplu 5624 mori de apă, aproape toate de tip vitruvian. Astfel de mori au fost folosite pentru a opera gaterele , morile complete, minerale, precum și concasoarele de cereale , morile pentru prelucrarea metalelor , pentru alimentarea burdufului cuptorului și pentru o varietate de alte dispozitive. În acest fel, ei au avut, de asemenea, o mare importanță asupra redistribuirii geografice a activităților industriale. O altă sursă de energie care s-a dezvoltat în Evul Mediu a fost moara de vânt . Dezvoltat în Persia în secolul al VII-lea , pare a fi derivat din cele mai vechi roți de rugăciune cu vânt folosite în Asia Centrală . O altă presupunere, plauzibilă, dar nedovedită, este că moara de vânt derivă din pânzele navelor . În secolul al X-lea a fost utilizat pe scară largă în Persia pentru a pompa apă și a măcina grâul. Morile persane erau formate dintr-o clădire cu două etaje: la etajul inferior era o roată orizontală acționată de șase sau doisprezece aripi concepute pentru a lua vântul, conectată la o axă verticală, care transmitea mișcarea către pietrele de moară situate la etajul superior , cu un aranjament care amintește de cel al morilor de apă grecești. Morile de vânt cu ax orizontal s-au dezvoltat în nordul Europei în jurul secolului al XIII-lea .

Dintre numeroșii arhitecți care au lucrat în Renaștere, cel mai semnificativ și versatil a fost Leonardo da Vinci ( 1452 - 1519 ). O primă versiune a conservării masei într-un curs de apă se datorează lui Leonardo, în care produsul dintre viteza medie a apei într-o secțiune și zona secțiunii în sine este constantă; Leonardo a mai observat că viteza apei este maximă în centrul râului și minimă la margini. [6]

În 1628 știința hidraulică sa născut oficial cu Benedetto Castelli , dând naștere la marea înflorire a civilizației italiene în Renaștere, care în acești ani a devenit un record științific [7] .

Curenți cu curgere liberă

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: curenți cu curgere liberă .

Hidraulica se aplică studiului curenților râurilor și cursurilor de apă, numite în jargonul tehnic „ curenți cu curgere liberă ”, mai ales pentru a cunoaște debitul care poate fi traversat în albie , în funcție de geometria și rugozitatea același și, trecând prin cunoașterea energiei deținute de curent, tendința vitezei curentului și a altitudinii suprafeței libere în funcție de variațiile formei albiei și a pantei fundului. În practică, se poate calcula dacă pentru un debit dat, terasamentele sunt suficient de ridicate pentru a conține inundația râului sau ce tip de lucrări hidraulice pot fi efectuate pentru laminarea fluxului.

Curenți presurizați

Schiță științifică
Această secțiune despre subiectul științei este doar o schiță . Contribuiți la îmbunătățirea acestuia în conformitate cu convențiile Wikipedia . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Curenții presurizați sunt o mișcare specială a fluidelor din interiorul conductelor, care are loc atunci când fluidul ocupă întreaga secțiune și există prezența unei diferențe în înălțimea piezometrică între secțiunile de capăt ale conductei. [8]

Aplicații hidraulice

Producere de energie

Norie , roți hidraulice pentru ridicarea apei, în Hama ( Siria )

Mills

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Moară .

În antichitate, principala sursă de energie care nu provenea din forța musculară a animalelor sau a bărbaților era acțiunea curentului de apă , exploatată prin așa-numita moară de apă greacă, constând dintr-o scândură verticală de lemn în partea inferioară a căreia există a fost o serie de palete cufundate în apă. Acest tip de moară a fost folosit în principal pentru măcinarea cerealelor : axa a trecut prin piatra de moară inferioară și a făcut ca cea superioară să se rotească, la care era integrată.

Morile acestei specii necesitau un curent rapid de apă și provin din regiunile deluroase din Orientul Apropiat [9] . Aceste mori erau în general de dimensiuni mici și destul de lente; de fapt, moara se întoarse cu aceeași viteză ca roata, de aceea erau potrivite pentru măcinarea unor cantități mici de cereale și utilizarea lor era pur locală. Cu toate acestea, ele pot fi considerate precursorii turbinei hidraulice și utilizarea lor a durat mai mult de trei mii de ani.

Un tip de moară hidraulică cu ax orizontal și roată verticală a fost proiectat în secolul I î.Hr. de către inginerul militar Vitruvius . Inspirația poate să fi venit de la roata persană (sau saqìya ), un dispozitiv pentru ridicarea apei constând dintr-o serie de containere dispuse de-a lungul circumferinței unei roți , făcute să se întoarcă prin forța umană sau animală. Această roată a fost folosită în Egipt în secolul al IV-lea î.Hr. și Vitruvius a descris o modificare mai eficientă a acesteia, cunoscută sub numele de „roata cupei”; roata de apă Vitruvian este practic o roată de găleată care funcționează în sens opus.

Moară plutitoare în Mura (Slovenia)

Concepută pentru măcinarea cerealelor, roata a fost conectată la moara în mișcare prin intermediul unor roți dințate din lemn, ceea ce a redus aproximativ 5: 1. Primele mori de acest tip erau de tipul „cu apa care curge sub”.

O roată alimentată de sus s-a dovedit mai târziu a fi mai eficientă, deoarece a profitat și de diferența de greutate dintre cupele pline și cele goale. Aceste roți, deși mai eficiente, au necesitat echipamente suplimentare considerabile pentru a asigura alimentarea cu apă regulată: de obicei cursul de apă a fost scufundat pentru a forma un bazin , din care un canal de drenaj a adus un flux regulat la roată.

Acest tip de moară a furnizat o sursă mai mare de energie decât era disponibilă anterior și nu numai că a revoluționat măcinarea , ci a pregătit calea mecanizării multor alte operațiuni industriale. O moară romană din Venafro de tipul alimentată dedesubt, cu o roată de aproximativ 2 metri în diametru, ar putea măcina aproximativ 180 kg de grâu într-o oră, ceea ce ar corespunde unei puteri de aproximativ trei cai putere ; o moară operată de un măgar sau doi bărbați ar putea măcina în schimb 4,5 kg pe oră.

Din secolul al IV-lea d.Hr., mori mari au fost instalate în Imperiul Roman . În Barbegal , lângă Arles , în 310, șaisprezece roți hrănite la etaj, cu un diametru de până la 2,7 metri, erau folosite pentru măcinarea cerealelor; fiecare dintre ele opera, prin roți dințate din lemn, două pietre de moară: capacitatea totală de măcinare era de 3 tone pe oră, suficientă pentru nevoile unei populații de 80.000 de locuitori (iar populația din Arles la acel moment nu depășea 10.000 de locuitori); moara deservea, așadar, o suprafață mare.

Este surprinzător faptul că moara Vitruvius nu a fost folosită în mod obișnuit în Imperiul Roman până în secolele III și IV . Având la dispoziție sclavi și alte forțe de muncă ieftine, existau puține stimulente pentru angajarea de capital; se mai spune că împăratul Vespasian ( 69 - 79 d.Hr.) s-a opus utilizării energiei hidraulice, deoarece acest lucru ar fi provocat șomajul .

Turbine

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Turbina .

Hidraulica studiază, de asemenea, debitele care sunt utilizate pentru rotirea turbinei pentru a genera energie hidroelectrică . Apa trece printr-un tub de dimensiuni mari la viteză mică pentru a reduce cât mai mult posibil pierderea de presiune , și apoi se termină într-o duză care transformă cât mai multă energie posibilă în energie cinetică, fluxul lovește paletele turbinei . Printre cele mai populare turbine cu apă se numără turbina Pelton , turbina Francis și turbina Kaplan .

Notă

  1. ^ Galileo Galilei, Despre cohleea lui Arhimede pentru a ridica apa , în Le mecaniche , 1599.
  2. ^ idràulica in Vocabulary - Treccani , pe www.treccani.it . Adus la 10 aprilie 2021.
  3. ^ idràulico in Vocabulary - Treccani , pe www.treccani.it . Adus la 26 aprilie 2021 .
  4. ^ idràulo în Vocabulary - Treccani , pe www.treccani.it . Adus la 26 aprilie 2021 .
  5. ^ The Perachora Waterworks: Addenda, RA Tomlinson, The Annual of the British School at Athens, Vol. 71, (1976), pp. 147-148 [1]
  6. ^ În ultima vreme, studiul turbulențelor a fost readus la cel al sistemelor dinamice, care duc la haos determinist. Până în prezent, adevărata natură a mișcărilor turbulente nu este pe deplin clară, iar abordarea probabilistică ar părea nu datorată ignoranței noastre, ci inerentă însăși esenței fenomenului, ca și în alte ramuri ale Fizicii .
  7. ^ Mario Di Fidio, Claudo Gandolfi, instalatori italieni ( PDF ), pe beic.it , 2015.
  8. ^ Çengel și colab. (2007) , p. 247 .
  9. ^ chiar dacă Pliniu atribuie originea morilor de apă pentru măcinarea grâului nordului Italiei

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

Controlul autorității Tesauro BNCF 6937 · LCCN (EN) sh85063354 · GND (DE) 4026288-1 · BNF (FR) cb119320468 (dată) · NDL (EN, JA) 00.571.578
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Idraulica&oldid=121287681 ”