mini|desno|300px|Plovila koje je koristio William Froude za mjerenje otpora kretanja mini|300px|desno|Gumeni čamac je naišao na hidraulički skok 300px|mini|desno|Plimni val prodire u uvalu Cook, Aljaska desno|300px|mini|Torpedni čamci desno|300px|mini|Usain Bolt mini|desno|300px|Snaga bure, Nin Froudeov broj u mehanici fluida opisuje pojavu nastanka hidrauličkog skoka, koji se javlja pri prijelazu nadkritičnog u podkritično strujanje. Hidraulički skok nastaje kada je Fr ~ 1. U njemu dolazi do disipacije energije i do pretvaranja kinetičke energije nadkritične struje (velika brzina strujanja U) u potencijalnu energije podkritične struje (velika dubina fluida h). Hidraulički je skok uglavnom turbulentan, posebno u dvije dimenzije, ali to nije nužno ispunjeno. Nazvan je prema Williamu Froudeu, engleskom inženjeru i brodograditelju. Chanson Hubert: "Development of the Bélanger Equation and Backwater Equation by Jean-Baptiste Bélanger (1828)", 2009., publisher=Jl of Hyd. Engrg, ASCE

Froudeovim brojem se određuje otpor kretanju nekog objekta kroz vodu, a služi nam za usporedbu plovila različitih veličina i glasi:

gdje je: V – brzina strujanja, i c - brzina širenja vodenih valova. Na taj način Froudeov broj se podudara s Machovim brojem. Što je veći Froudeov broj, to je veći otpor kretanja plovila kroz vodu.

Povijest Za protok vode u vodenim kanalima, 1828. Bélanger je uveo odnos brzine strujanja i kvadratnog korijena ubrzanja zbog gravitacije pomnožen s dubinom strujanja. Kada je odnos manji od jedinice, onda imamo podkritično strujanje, a kada je odnos veći od jedinice, onda imamo nadkritično strujanje. Bélanger Jean-Baptiste; "Essai sur la Solution Numérique de quelques Problèmes Relatifs au Mouvement Permanent des Eaux Courantes", 1828., publisher=Carilian-Goeury

William Froude je vršio mjerenje otpora kretanja plovila i došao do odnosa brzine plovila i njegove duljine:

gdje je:

v - brzina u čvorovima LWL - duljina vodene linije u stopama

Kasnije je taj odnos pretvoren u bezdimenzionalan odnos, koji je kasnije dobio naziv Froudeov broj.

Primjene Froudeovog broja

Hidrodinamika plovila Za plovilo se Froudeov broj određuje kao: Newman John Nicholas: "Marine hydrodynamics", 1977., publisher= MIT Press, Cambridge, Massachusetts

gdje je: V – brzina plovila, g – ubrzanje sile teže i L – duljina vodene linije broda. To je vrlo važna karakteristika plovila, čime se određuje njegov otpor kretanju i djelovanju valova. Prema Froudeovom broju plovila se dijele na: deplasmanske - Fr < 1 poludeplasmanske – 1 < Fn < 3 glisirajuće – Fn > 3

Valovi u plitkoj vodi Za valove u plitkoj vodi, kao što je plimni val ili hidraulički skok, Froudeov broj određuje kao:

gdje je: d – dubina vode. Za Fr < 1 protok vode se naziva podkritična struja, dok za Fr > 1 protok vode se naziva nadkritična struja. Kada je Fr ≈ 1 protok vode se naziva kritična struja. Frank M. White: "Fluid Mechanics", 4th edition, McGraw-Hill, 1999.

Mješalice Kod mješanja fluida, Froudeov broj određuje kada će se pojaviti vrtlog. Budući da je brzina vrha mješalice N x d, gdje je N brzina okretanja (okretaja/min) i d – promjer mješalice, Froudeov broj iznosi:

Denzimetrijski Froudeov broj Denzimetrijski Froudeov broj se određuje kao:

gdje je: g''' reducirano ubrzanje sile teže:

Froudeov broj za trčanje Kod proučavanja dvonožnog hodanja, hodanje se promatra kao njihalo, a centar se nalazi u težištu tijela. Froudeov broj se određuje kao odnos centripetalne sile oko centra kretanja i težine onoga koji hoda: "Froude and the contribution of naval architecture to our understanding of bipedal locomotion", journal=Gait & Posture, 2005., C. L. Vaughan, M. J. OʼMalley

gdje je: m – masa, l – duljina nogu, g – ubrzanje sile teže i V – brzina kretanja. Teoretski, maksimalna brzina hodanja je u slučaju kada je Fr = 1, jer iznad te vrijednosti stopala neće biti u kontaktu s tlom. Prijelaz iz hodanja u trčanje se dešava otprilike na vrijednosti Fr ≈ 0,5 .

Froudeov broj za strujanje zraka Promatramo li strujanje zraka preko planine, koristimo ovaj prikaz Froudeovog broja: "Froudeov broj", Vrijeme i klima Hrvatskog Jadrana, 2011.,

gdje je: H - visina planine, a N'' - uzgonska frekvencija. Vrijednosti Froudeovog broja se koriste za proučavanje bure

Izvori

Kategorija:Mehanika fluida