Meccanica dei solidi

La sollecitazione di taglio di un fluido newtoniano è direttamente proporzionale alla velocità di deformazione di taglio. Questa relazione lineare è definita dalla legge di Newton sulla viscosità: [latex]\tau = \mu \frac{du}{dy}[/latex], dove [latex]\tau[/latex] è lo sforzo di taglio, [latex]\mu[/latex] è la viscosità dinamica (una costante di proporzionalità) e [latex]\frac{du}{dy}[/latex] è la velocità di taglio o gradiente di velocità.

La meccanica dei fluidi è la branca della meccanica applicata che studia la statica (fluidi a riposo) e la dinamica (fluidi in movimento) di liquidi e gas. Applica i principi fondamentali di conservazione di massa, quantità di moto ed energia per analizzare e prevedere il comportamento dei fluidi. Le sue applicazioni sono vaste e spaziano dall'aerodinamica e dall'idraulica alla meteorologia e all'oceanografia.

Esistono due modi per descrivere il movimento nella meccanica del continuo:

• la specifica lagrangiana segue le singole particelle del materiale, tracciandone le proprietà nel tempo, come osservare un'auto specifica nel traffico
• La specifica euleriana si concentra sui punti fissi nello spazio, osservando le proprietà (velocità, densità) di qualsiasi particella passi attraverso quei punti, come una telecamera per il traffico che osserva un'intersezione fissa.

La forza elettromotrice ([latex]\mathcal{E}[/latex]) è il lavoro svolto per unità di carica elettrica da una sorgente non elettrica, come una batteria o un generatore. Nonostante il nome, non si tratta di una forza meccanica ma di un potenziale elettrico, misurato in volt. Rappresenta l'energia convertita da un'altra forma (chimica, meccanica) in energia elettrica quando una carica attraversa la sorgente.

La corrente elettrica in una pila Voltaica è prodotta da una reazione redox. All'anodo di zinco, lo zinco metallico viene ossidato, liberando due elettroni per atomo ([latex]Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}[/latex]). Questi elettroni viaggiano attraverso il circuito esterno fino al catodo di rame. Qui, gli ioni di idrogeno provenienti dall'elettrolita acquoso vengono ridotti, formando idrogeno gassoso ([latex]2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2[/latex]).

Uno dei principali difetti della pila di Volta è la polarizzazione degli elettrodi. Durante il funzionamento, l'idrogeno gassoso prodotto dal catodo di rame forma uno strato isolante di bolle sulla sua superficie. Questo strato aumenta la resistenza interna della batteria e riduce la superficie disponibile per la reazione. Di conseguenza, la tensione e la corrente in uscita dalla pila diminuiscono significativamente poco dopo l'inizio dell'utilizzo.

Questa legge afferma che ogni particella attrae ogni altra particella nell'universo con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra i loro centri. La formula è [latex]F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}[/latex], dove [latex]G[/latex] è la costante gravitazionale. Ha unificato la meccanica terrestre e quella celeste.

Il principio di Bernoulli afferma che per un flusso inviscido, un aumento della velocità di un fluido si verifica contemporaneamente a una diminuzione della pressione o a una diminuzione della sua energia potenziale. È un'affermazione della conservazione dell'energia per un fluido in movimento, comunemente espressa come [latex]p + \frac{1}{2}\rho v^2 + \rho gh = \text{costante}[/latex] lungo una linea di flusso.

Nella meccanica del continuo, il principio di conservazione della massa afferma che la massa di un sistema chiuso deve rimanere costante nel tempo. Per un fluido, questo principio è espresso dall'equazione di continuità. Nella sua forma differenziale euleriana, si scrive come [latex]\frac{parziale \rho}{parziale t} + \nabla \cdot (\rho \mathbf{u}) = 0[/latex], dove [latex]\rho[/latex] è la densità e [latex]\mathbf{u}[/latex] è il campo di velocità.

Riformulazione della meccanica classica basata sul principio dell'azione stazionaria. Utilizza una quantità scalare chiamata lagrangiana, definita come energia cinetica meno energia potenziale ([latex]L = T - V[/latex]). Le equazioni del moto sono derivate dall'equazione di Eulero-Lagrange, [latex]\frac{d}{dt} \left( \frac{\partial L}{\partial \dot{q}_i} \right) - \frac{\partial L}{\partial q_i} = 0[/latex], utilizzando coordinate generalizzate, che semplificano l'analisi di sistemi complessi con vincoli.

La corrosione galvanica è un processo elettrochimico in cui un metallo si corrode preferenzialmente quando è in contatto elettrico con un altro in presenza di un elettrolita. Ciò avviene perché i metalli dissimili creano una coppia bimetallica, con il metallo meno nobile (più attivo) che funge da anodo e si corrode, mentre il metallo più nobile funge da catodo.

La prima batteria elettrica, produceva corrente continua impilando coppie di dischi metallici dissimili (ad esempio, zinco e rame) separati da un panno imbevuto di salamoia. Ogni coppia forma una cella galvanica e impilandoli in serie si aumenta la tensione complessiva. Questa disposizione dimostrò la prima conversione continua di energia chimica in energia elettrica, aprendo la strada all'elettrochimica moderna.

La pila di Voltaic ha stabilito il principio della somma delle tensioni collegando in serie le celle elettrochimiche. Ogni coppia zinco-rame, o cella, genera una forza elettromotrice (EMF) caratteristica di circa 0,76 volt. Impilando fisicamente queste celle, Volta dimostrò che la tensione totale attraverso la pila è la somma dei singoli campi elettromagnetici di ciascuna cella, come descritto da [latex]V_{totale} = n \times V_{cell}[/latex].

L'ipotesi del continuo tratta i fluidi come materia continua piuttosto che come molecole discrete. Questa semplificazione è valida quando la scala di lunghezza del problema è molto più grande della distanza intermolecolare, consentendo di definire proprietà come densità e velocità in punti infinitesimamente piccoli. Ciò consente l'uso di equazioni differenziali per descrivere il comportamento macroscopico del flusso di fluidi.