Skip to main content
Global

14: ميكانيكا الموائع

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    200142

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    تخيل نفسك تمشي على طول الشاطئ على الشاطئ الشرقي للولايات المتحدة. تنبعث من الهواء رائحة ملح البحر والشمس تدفئ جسمك. فجأة، يظهر تنبيه على هاتفك الخلوي. تحول منخفض استوائي إلى إعصار. انخفض الضغط الجوي إلى ما يقرب من 15٪ دون المتوسط. ونتيجة لذلك، يتوقع خبراء الأرصاد هطول أمطار غزيرة ورياح تزيد سرعتها عن 100 ميل في الساعة وأضرار بملايين الدولارات. بينما تستعد للإخلاء، تتساءل: كيف يمكن لمثل هذا الانخفاض الصغير في الضغط أن يؤدي إلى مثل هذا التغيير الحاد في الطقس؟

    الضغط هو ظاهرة فيزيائية مسؤولة عن أكثر بكثير من مجرد الطقس. تؤدي التغييرات في الضغط إلى «فرقعة» الأذنين أثناء الإقلاع في الطائرة. يمكن أن تؤدي التغيرات في الضغط أيضًا إلى إصابة الغواصين باضطراب قاتل أحيانًا يُعرف باسم «الانحناءات»، والذي يحدث عندما يعود النيتروجين المذاب في مياه الجسم في أعماق قصوى إلى الحالة الغازية في الجسم مع ظهور سطح الغواص. يكمن الضغط في قلب ظاهرة تسمى الطفو، والتي تتسبب في ارتفاع بالونات الهواء الساخن وطفو السفن. قبل أن نفهم تمامًا الدور الذي يلعبه الضغط في هذه الظواهر، نحتاج إلى مناقشة حالات المادة ومفهوم الكثافة.

    • 14.1: مقدمة لميكانيكا الموائع
      تخيل نفسك تمشي على طول الشاطئ على الشاطئ الشرقي للولايات المتحدة. تنبعث من الهواء رائحة ملح البحر والشمس تدفئ جسمك. فجأة، يظهر تنبيه على هاتفك الخلوي. تحول منخفض استوائي إلى إعصار. انخفض الضغط الجوي إلى ما يقرب من 15٪ دون المتوسط. ونتيجة لذلك، يتوقع خبراء الأرصاد هطول أمطار غزيرة، ورياح تزيد سرعتها عن 100 ميل في الساعة، وأضرار بملايين الدولارات.
    • 14.2: السوائل والكثافة والضغط (الجزء الأول)
      السائل هو حالة المادة التي تخضع لقوى جانبية أو قوى قص. السوائل والغازات كلاهما سوائل. إحصائيات الموائع هي فيزياء السوائل الثابتة. الكثافة هي الكتلة لكل وحدة حجم مادة أو جسم بينما الضغط هو القوة لكل وحدة مساحة عمودية يتم تطبيق القوة عليها. يتم تحديد الضغط الناتج عن وزن سائل ذي كثافة ثابتة بواسطة ناتج عمق السائل وكثافته وتسارعه بسبب الجاذبية.
    • 14.3: السوائل والكثافة والضغط (الجزء 2)
      يتم تحديد الضغط لجميع حالات المادة، ولكنه مهم بشكل خاص عند مناقشة السوائل. من الخصائص المهمة للسوائل عدم وجود مقاومة كبيرة لمكون القوة المطبقة بالتوازي مع سطح السائل. تتدفق جزيئات السائل ببساطة لاستيعاب القوة الأفقية. تعمل القوة التي تُؤثِّر بشكل عمودي على السطح على ضغط السائل أو توسيعه.
    • 14.4: قياس الضغط
      ضغط المقياس هو الضغط النسبي للضغط الجوي. الضغط المطلق هو مجموع ضغط المقياس والضغط الجوي. تحتوي أجهزة قياس الضغط ذات الأنبوب المفتوح على أنابيب على شكل حرف U ويكون أحد طرفيها مفتوحًا دائمًا. يتم استخدامها لقياس الضغط. مقياس الزئبق هو جهاز يقيس الضغط الجوي. وحدة ضغط SI هي pascal (Pa)، ولكن يتم استخدام العديد من الوحدات الأخرى بشكل شائع.
    • 14.5: مبدأ باسكال والهيدروليكا
      الضغط هو القوة لكل وحدة مساحة. ينتقل التغيير في الضغط المطبق على السائل المغلق بشكل غير منقوص إلى جميع أجزاء السائل وإلى جدران الحاوية. النظام الهيدروليكي هو نظام سوائل مغلق يستخدم لممارسة القوى.
    • 14.6: مبدأ أرخميدس والطفو
      قوة الطفو هي القوة الصاعدة الصافية على أي جسم في أي سائل. تكون قوة الطفو موجودة دائمًا وتعمل على أي جسم مغمور جزئيًا أو كليًا في سائل. ينص مبدأ أرخميدس على أن قوة الطفو على الجسم تساوي وزن السائل الذي يزيحه.
    • 14.7: ديناميكا السوائل
      يُعرّف معدل التدفق Q بأنه الحجم V المتدفق بعد نقطة زمنية t. وحدة SI لمعدل التدفق هي (m^3) /s، ولكن يمكن استخدام معدلات أخرى، مثل L/دقيقة. يرتبط معدل التدفق والسرعة بمنتج منطقة المقطع العرضي للتدفق بمتوسط سرعته. تنص معادلة الاستمرارية على أنه بالنسبة للسائل غير القابل للضغط، يجب أن تساوي الكتلة المتدفقة إلى الأنبوب الكتلة المتدفقة من الأنبوب.
    • 14.8: معادلة برنولي
      تنص معادلة برنولي على أن الضغط هو نفسه عند أي نقطتين في سائل غير قابل للاحتكاك غير قابل للانضغاط. مبدأ بيرنولي هو معادلة برنولي المطبقة على الحالات التي يكون فيها ارتفاع السائل ثابتًا. يحتوي مبدأ برنولي على العديد من التطبيقات، بما في ذلك القياس الحراري وقياس السرعة.
    • 14.9: اللزوجة والاضطراب
      في هذا القسم الفرعي، نقدم قوى الاحتكاك التي تؤثر على السوائل المتحركة. على سبيل المثال، يخضع السائل المتدفق عبر الأنبوب للمقاومة، وهو نوع من الاحتكاك، بين السائل والجدران. يحدث الاحتكاك أيضًا بين طبقات السوائل المختلفة. تؤثر هذه القوى المقاومة على طريقة تدفق السائل عبر الأنبوب.
    • 14E: ميكانيكا الموائع (تمارين)
    • 14.S: ميكانيكا الموائع (ملخص)

    الصورة المصغّرة: تصوّر الضباب (جسيم الماء) في نفق الرياح لطائرة من طراز NACA 4412 بتدفق منخفض السرعة (Re=20.000) (CC SA-BY 3.0؛ Georgepehli).