Η παρούσα Διπλωματική Εργασία έχει σα σκοπό τη δημιουργία ενός εκπαιδευτικού εγχειριδίου για τη Μηχανική των Ρευστών. Έγινε προσπάθεια ώστε να γίνουν κατανοητές οι βασικές έννοιες, οι Αρχές και ο Μαθηματικός φορμαλισμός της θεωρίας, που αφορά τα ρευστά, από τους Εκπαιδευτικούς της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης, τους Μαθητές που θα ήθελαν να διευρύνουν τις γνώσεις τους και τους Φοιτητές, που θέλουν να εμβαθύνουν στη Μηχανική των Ρευστών. Αρχικά, δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στην έννοια του Ρευστού, στις ιδιότητές του και τα Φυσικά μεγέθη, που απαιτούνται για την κατανόηση αυτών των ιδιοτήτων. Στη συνέχεια περιγράφονται η ισορροπία των ρευστών, η πίεση και η μέτρησή τους, η Αρχή του Pascal, η επιφανειακή τάση και τα τριχοειδή φαινόμενα. Στη ροή των Ρευστών αποσαφηνίζονται τα είδη ροής, οι θεμελιώδεις Νόμοι τους και οι βασικές μέθοδοι ανάλυσής τους. Περιγράφονται τα είδη δυνάμεων και τάσεων στα Ρευστά και οι παραμορφώσεις, που μπορεί αυτά να υποστούν και η ταξινόμησή τους σε Νευτώνεια και μη Νευτώνεια Ρευστά με τις υποκατηγορίες τους. Στο κυρίως μέρος της αναλύονται οι Εξισώσεις Συνέχειας, Ορμής και Ενέργειας και επιλύονται παραδείγματα εφαρμογών τους. Δόθηκε μεγάλη βαρύτητα στην Εξίσωση Bernoulli, στην εξήγηση σημαντικών φαινομένων με την βοήθεια αυτής της Εξίσωσης και στις παρανοήσεις, που αυτή δημιουργεί σε κάποια άλλα φαινόμενα. Πολλά από τα προηγούμενα φαινόμενα συνδέθηκαν με προσομοιώσεις, για την οπτικοποίηση και καλύτερη κατανόησή τους. Στο δεύτερο μέρος της Εργασίας παρουσιάζονται σενάρια διδασκαλίας και πειραματικές προτάσεις για εφαρμογή σε Μαθητές της Γ’ Λυκείου, που αφορούν τον συντελεστή τριβής ιξώδους ρευστού, τον υπολογισμό της ταχύτητας εκροής ρευστού από ανοιχτό δοχείο και τη μεταβολή της τριβής μεταξύ ξύλινων πλακών με την ύπαρξη μη Νευτώνειου ρευστού ανάμεσά τους και τα αντίστοιχα Φύλλα Εργασίας. Για την εκπλήρωση του σκοπού της Εργασίας αξιοποιήθηκε η Ελληνική και Διεθνής βιβλιογραφία καθώς και Επιστημονικά αξιόπιστες πηγές του διαδικτύου. Τελικά, η εργασία αυτή μπορεί να βοηθήσει τόσο στην δημιουργία υλικού επιμόρφωσης και μεταφορά γνώσης στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, όσο και ως κίνητρο για περαιτέρω επιστημονική έρευνα.
The purpose of this thesis is the creation of an educational framework-manual for Fluid Mechanics. There has been an effort so that the basic notions, the principles and the Mathematical formalism of theory regarding fluids are understandable for teachers of the secondary education, pupils who would like to broaden their knowledge as well as students who wish to go deep into Fluid Mechanics. Initially, a particular emphasis was given to the fluid concept, its properties and the physical quantities that are necessary, so that these properties are understood. Afterwards, the equilibrium of fluids, their pressure and measurement, Pascal’s principle, surface tension and the phenomenon of capillarity are described. In fluid flow the types of flow, their fundamental laws and the basic methods of analyzing them are clarified. The types of forces and tensions are described, as well as the deformations they are possible to undergo and their classification into Newtonian and non Newtonian fluids along with their subcategories. In the main part of this thesis, the equations of continuity, the equations of momentum and energy are analyzed and examples of their applications are solved. Great significance was given to Bernoulli equation, to the explanation of important phenomena through this equation and the misunderstandings this equation causes to some other phenomena. A lot of the previous phenomena were connected to simulations for their visualization and their better understanding. In the second part of the thesis, teaching scenarios are presented and experimental suggestions for application to 3rd grade senior high-school students, related to the coefficient of viscosity friction, the calculation of outflow velocity of fluid in an open container and the friction change between wooden boards, which contain non Newtonian fluid and the corresponding worksheets. For the fulfillment of the purpose of the thesis the Greek and International bibliography was utilized as well as reliable scientific internet resources. Finally, this thesis can help to the creation of educational material and knowledge transfer to secondary education as well as a motivation for further scientific investigation.
Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
