מכניקת הזורמים משתייכת מבחינה רעיונית למכניקת הרצף, אשר בבסיסה עומדת "הנחת הרצף" הקובעת כי לצרכים מסוימים, ובפרט עבור ניתוח תכונות מסוימות של זורמים, ניתן להתייחס אל החומר כאל רציף ולהזניח את מבנהו הפנימי, כלומר – להתעלם מהיותו מורכב ממולקולות. מכניקת הזורמים עושה פעמים רבות שימוש במונח ה"אלמנט" על מנת לתאר חלק קטן מן הזורם ומסתפקת ברמת פירוט זו. הנחת הרצף היא מטבעה מודל המהווה קירוב של המציאות. ככל קירוב, ישנן מספר מגבלות דיוק הנובעות מהשימוש בו, ולכן במקרים בהם השערה זו איננה תואמת את צורכי המשתמש, נעשה הניתוח תוך שימוש בכלים אחרים, בפרט מכניקה סטטיסטית.
נוסף על הנחה זו, מתבסס הניתוח של מערכות זורמים על חוקי השימור הבסיסיים המוכרים מעולם המכניקה, ביניהם שימור המסה ושימור האנרגיה. חוקים נוספים בהם נעשה שימוש שכיח הם החוק השני של ניוטון והחוק השני של התרמודינמיקה.
כלים בסיסיים של מכניקת הזורמים.
בהתבסס על הנחות היסוד אשר תוארו לעיל, נעזרת מכניקת הזורמים במספר כלים לתיאור וניתוח הזורמים. בהתבסס על מאפייני הלחץ והכוחות אשר נלמדים במכניקה הקלאסית, מתקבלים חוקי ההידרוסטטיקה הבסיסיים. כך, למשל, חוק ארכימדס, שהוא אחד מחוקי ההידרוסטטיקה הבסיסיים ביותר, קובע כי כוח הציפה הפועל על גוף שנמצא בתווך (נוזל או גז) שווה למשקלו של תווך בעל נפח זהה. חקר הלחץ ההידרוסטטי מניב מספר תוצאות מעניינות כגון חוק הכלים השלובים וחוק פסקל.
בהתבסס על חוקי השימור הקלאסיים מנוסחים חוקי היסוד של תורת הזורמים תוך התאמתם למונחים המתארים זורמים וזרימה. כך, עבור תיאור התנועה, מתקבלות משוואת הרציפות הנובעת ישירות משימור המסה וכן משוואות התנע. בהידרודינמיקה, עבור ההנחה כי הזורם הוא ברוטרופי, קרי - מניחים כי הצפיפות תלויה בלחץ בלבד ללא תלות בטמפרטורה, בהסתמך על חוקי השימור אשר הובאו לעיל, מתקבלת משוואת ברנולי. חוקים נוספים חשובים המתארים את תנועת הזורם הם חוק פואזי ומשפט סטוקס.
מונחים בסיסיים בתורת הזרימה.
על מנת לתאר את תנועתו של הזורם, תחום בו עוסקת ההידרודינמיקה, נעזרים במכניקת הזורמים במספר מונחים נוספים המאפשרים ניתוח וסיווג של הזורם והזרימה.
קווי זרם, קווי מסלול וקווי שיטוח.
קו מסלול או קו זרימה הוא עקום המתאר את תנועת החלקיק. נקרא גם "קו חלקיק". כאשר עקום זה קבוע, הזרימה היא זרימה תמידית.
קו זרם הוא עקום המשיק לוקטור המהירות בכל נקודה בזמן מסוים/ מכיוון שקו זרם מתאר תנועה של חלקיקים, אפשר לומר שמסה לא חוצה אותו. טיעון זה ברור יותר כאשר מדובר בזרימה דו-ממדית.
קו שילוח הוא עקום המתאר קבוצת חלקיקים שעברו בפרק זמן מסוים דרך נקודה מסוימת.
משטח זרם או שפופרת זרימה הוא רצף של קווי זרם הצמודים זה לזה. אם נבחר עקום שרירותי שאינו קו זרם, כל קווי הזרם שיעברו דרכו יוצרים משטח זרם. לכן, דרך משטח זרם לא עוברת מסה.
סוגי זורמים.
לצורך תיאור תנועתו של זורם יש צורך בתיאור תכונותיו. לצורך זה, מבוצעת מספר הבחנות בין סוגי זורמים שונים. זורם אשר במצב סטטי איננו משנה כמעט את צפיפותו, גם בתנאי לחץ גבוה, נחשב לזורם בלתי דחיס. לעומתו, זורם אשר במצב סטטי צפיפותו משתנה כתוצאה משינוי בלחץ, נחשב לזורם דחיס.
פרמטר נוסף הנחוץ לצורך תיאור הזרימה הוא צמיגות: צמיגות היא התנגדות הזורם לעיבור (שינוי צורה) תחת מאמץ גזירה. הצמיגות נתפסת לעיתים קרובות כסמיכות, או התנגדות למזיגה. הצמיגות מתארת את התנגדותו הפנימית של הזורם לזרימה, וניתן לחשוב עליה כעל מידה של חיכוך. דבש ושמן הם דוגמאות לזורמים צמיגים.
הבחנה נוספת מתבצעת בין נוזל ניוטוני לנוזל לא ניוטוני, כאשר זורם ניוטוני הוא זורם איזוטרופי שבו מאמצי הגזירה נמצאים ביחס ישר לקצב עיבור הגזירה. במילים אחרות, מאמץ על זורם ניוטוני תלוי בקצב העיוות של צורת נפח הזורם (ללא שינוי בנפחו).
סוגי זרימה.
מתבצעת הבדלה בין מספר סוגי זרימה שונים, על פי מספר פרמטרים.
מבחינת צורת הזרימה, מבחינים בין "זרימה קבועה", לזרימה טורבולנטית. בזרימה קבועה, כיוון הזרימה קבוע בזמן. והוא כאילו הוא עשוי משכבות דקות הנעות במקביל זו לזו. נוחה לחישוב מכיוון שכל הפרמטרים התלויים בזמן או נגזרותיהם - מתאפסים.
בזרימה עירובולית, לעומת כך, מתאפיין הזורם בחוסר אחידות מקומית בזמן וב"ערבול" המקנה לזרימה את שמה והזרימה מאופיינת באופי כאוטי.
עבור שני "משטרי הזרימה" לעיל, נמצאו משוואות אמפיריות שונות המתארות בצורה מקורבת את התנהגותם של הזורמים.
אבל רק עבור זרימה קבועה ניתן לפתח פתרונות תאורטיים אנליטים מלאים הנובעים מהחוקים הבסיסיים של זרימה.
מבדילים בין שני משטרי הזרימה באמצעות מספר ריינולדס, לרוב אין נקודת מעבר חדה בין שני משטרי הזרימה אלא ישנו תחום של ערכים עבורם הזרימה יכולה להיות או למינרית או טורבולנטית.
יישומים.
למכניקת הזורמים יישומים חשובים רבים בתחומי הנדסת המים, הנדסת אווירונאוטיקה, הנדסה כימית והנדסת המכונות בהם אנו עושים שימוש יום-יומי. מכניקת הזורמים משמשת את האנושות מזה זמן רב, החל ממשאבות המים הפשוטות נוסח בורג ארכימדס וכלה בטורבינות המפיקות זרם חשמלי בעזרת עצמתם של זורמים או בלחץ האוויר הפועל על כנף המטוס.
כך, למשל אחד מן העקרונות החשובים בבסיס תורת הזורמים הוא עיקרון ברנולי הקובע כי ככל שמהירות זרימתו של זורם על גבי משטח גבוהה יותר, הזורם יפעיל פחות לחץ על המשטח. עיקרון זה עומד בבסיס אופן פעולתם של כנף המטוס ומפרש הסירה. להרחבה ראה "משוואת ברנולי". חוק פסקל הוא העומד בבסיס עקרון הפעולה של הבוכנה ההידראולית.
רש&quot;פ
בלם אוויר
תקרית ליברטי
במהלך תקרית ליברטי הותקפה אוניית הביון USS Liberty של צי ארצות הברית, על ידי צה"ל ב-8 ביוני 1967, ביומה הרביעי של מלחמת ששת הימים. בהתקפה נהרגו 34 מלחים אמריקאים ו-171 נפצעו.
מקור התקרית בשרשרת טעויות שנעשו בשני הצדדים. כדי לְהָזֵם את הודעת נאצר כי תקיפת שדות התעופה המצריים נעשתה על ידי מטוסים אמריקאיים, הצהירה ארצות הברית בעצרת האו"ם ב־ 6 ביוני כי אין כלי שיט אמריקאיים במרחק מאות מיילים מאזור הלחימה. בעת ההצהרה הייתה ליברטי בחלקו המערבי של הים התיכון. חמישה מברקים של סוכנות הביטחון האמריקאית NSA שהורו לאונייה שלא להתקרב לאזור הלחימה לא הגיעו אליה.
בליל בין ה-7 ל-8 ביוני הופגז כוח שריון בפיקוד ישראל גרנית שנע באזור רומני על ידי משחתת מצרית. במקביל ובלא קשר, נשמעו באזור אל עריש סדרת התפוצצויות. מוצב הפיקוד העליון הורה לחיל הים לטפל במשחתת המפגיזה את החוף. כוח של שלוש טרפדות הוזעק מבסיס אשדוד. הנתונים הראשונים שגילו הטרפדות איששו את זיהוי כלי השיט האמריקאי כמשחתת מצרית. לאחר מכן, במהלך התקרית, זוהתה "ליברטי" כאונייה המצרית "אל-קוצייר", אוניית עזר חמושה של הצי המצרי, שהייתה בעלת צדודית דומה לזו של "ליברטי" אך קטנה ממנה. לאחר חקירות שניהלו ישראל וארצות הברית, פיצתה ישראל את האמריקאים בסכום של כ-13 מיליון דולר.
נשיא ארצות הברית לינדון ג'ונסון קיבל את טענת ישראל, וזו הייתה עמדתה הרשמית של ממשלת ארצות הברית. עם זאת, ניירות פנימיים שנחשפו בבית הלבן מראים שרבים מיועציו ושריו של ג'ונסון, בהם ראש ה-CIA, ריצ'רד הלמס, ומזכיר המדינה, דין ראסק, האמינו שהליברטי הותקפה בזדון. אנשי צוות ליברטי מצידם, משוכנעים כי ההתקפה הייתה מכוונת וכי ישראל ידעה שמדובר בספינה אמריקאית.
רקע.
USS Liberty הייתה במקורה ספינת מטען אזרחית, מסוג , סדרה עוקבת לסדרת הליברטי המפורסמת, שנקראה Simmons Victory. הצי האמריקני רכש אותה, והסב אותה ל"ספינת מחקר טכני מסייע" (באנגלית: Auxiliary Technical Research Ship; ר"ת ATRS), ספינה המשמשת לאיסוף מידע מודיעיני. היא יצאה להפלגתה הראשונה ב-1965 ונשלחה לחוף המערבי של אפריקה. במשך השנים מילאה כמה משימות, וכשפרצה מלחמת ששת הימים, נשלחה לאסוף מידע מודיעיני במזרח הים התיכון.
ב-4 ביוני, יום לפני פרוץ המלחמה, פנתה ישראל לארצות הברית ושאלה אם היא מחזיקה בספינות באזור. ארצות הברית השיבה בשלילה, זאת מכיוון שבאותה שעה עשתה "ליברטי" את דרכה אל הים התיכון והייתה מרחק קצר ממיצר גיברלטר. בנוסף, שלח הצי השישי חמש אזהרות ל"ליברטי", שלא להתקרב למרחק של פחות מ-100 מיילים מחופי חצי האי סיני, הודעות אלו לא נקלטו על ידי צוות הספינה.
ב-5 ביוני פרצה המלחמה. "ליברטי" שייטה באותה עת במזרח הים התיכון. קפטן הספינה ויליאם ל' מק'גונאגל ביקש מהצי לשלוח משחתת שתלווה את "ליברטי" ותשמש לה מרכז תקשורת נוסף. למחרת הגיעה תשובתו של הצי השישי: "ליברטי היא ספינה אמריקנית מזוהה ששטה במים בינלאומיים. היא אינה חלק מהסכסוך, ואין סיבה כי יתקוף אותה איש. הבקשה נדחית". עם זה, הצי הבהיר בתשובתו כי במקרה הבלתי סביר של התקפה, ייחלצו לעזרתה מטוסי קרב אמריקניים בתוך עשר דקות בלבד.
לאחר התקיפה האווירית הישראלית של שדות התעופה המצריים עם פתיחת המלחמה (מבצע מוקד), פנו המצרים לסובייטים ודרשו את מעורבותם במלחמה. הטענה המצרית הייתה שהתקיפות האוויריות באו מכיוון הים, ובוצעו על ידי מטוסים של צי ארצות הברית. בתגובה, הודיע נשיא ארצות הברית, לינדון ג'ונסון, כי לארצות הברית אין אף כלי שיט בטווח טיסה מהחוף המצרי.
התפתחות התקרית.
הגילוי המוקדם שאבד.