Was ist Strömungsmechanik?

Die Strömungsmechanik ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit der Untersuchung von Flüssigkeiten und ihrer Wechselwirkung mit Kräften befasst. Sowohl Flüssigkeiten als auch Gase gelten im Sinne dieses Wissenschaftszweigs als Flüssigkeiten. Oft ist das Gebiet der Strömungsmechanik in zwei spezifischere Fachgebiete unterteilt. Dies sind die Fluidstatik und die Fluiddynamik, die sich auf ruhende bzw. bewegte Fluide beziehen. Die Strömungsmechanik kann hochkomplexe Mathematik beinhalten, und die Hilfe moderner Computer hat diese Wissenschaft erheblich verbessert.

Die chronologischen Wurzeln der Strömungsmechanik reichen zumindest bis in die Antike zurück. Der griechische Physiker und Erfinder Archimedes war der Autor einiger der ersten Studien, von denen wir wissen, dass sie die Fluidstatik betreffen, einschließlich der Eigenschaft des Auftriebs. Die persischen Philosophen des Mittelalters verbanden diese alten Werke mit ihren eigenen Studien zur Fluiddynamik, die als frühe Vorläufer der modernen Fluiddynamik dienten. Bekannte historische Persönlichkeiten wie Leonardo da Vinci und Sir Isaac Newton sowie andere trugen maßgeblich zu unserem Verständnis der Strömungsmechanik bei.

Jede Art von Wissenschaft beginnt mit grundlegenden Annahmen, die den Verlauf ihres Studiums bestimmen. Die Strömungsmechanik wird in der Regel so definiert, dass drei grundlegende Prämissen oder Annahmen zugrunde liegen. Die erste ist die Erhaltung der Masse, was bedeutet, dass Masse weder spontan erzeugt noch zerstört werden kann, obwohl sie ihre Form ändern kann. Die zweite Annahme, die Impulserhaltung, ist ähnlich. Dieses Gesetz besagt, dass der Gesamtimpuls in einem geschlossenen System konstant ist und nicht spontan erscheinen oder verschwinden kann.

Die dritte Grundannahme für die Strömungsmechanik ist die sogenannte Kontinuumshypothese. Dies ist eine Sichtweise auf Flüssigkeiten, bei der diskrete Moleküle nicht berücksichtigt werden. Stattdessen wird angenommen, dass die Eigenschaften eines Fluids von einem Punkt zum nächsten kontinuierlich variieren.

Da die tatsächliche Natur kleiner Materieteilchen ignoriert wird, ist die Kontinuumshypothese nur eine Näherung, die als Hilfsmittel für Berechnungen verwendet wird. Dies kann zu einer etwas ungenauen Lösung führen, aber auch zu Lösungen, die unter idealen Umständen sehr genau sind. Andere, genauere Methoden existieren, aber diese Hypothese ist oft als vorläufige Annahme sehr nützlich. Häufig kann auch davon ausgegangen werden, dass ein bestimmtes Fluid inkompressibel ist, also nicht komprimiert werden kann. Dies gilt jedoch nur für Flüssigkeiten und nicht für Gase.