السوائل الديناميكية: الأنواع ، الخصائص ، معادلة برنولي ، نظرية توريتشيلي ، الصيغ وأمثلة المشاكل

السوائل الديناميكية: الأنواع والميزات ومعادلة برنولي ونظرية توريتشيلي والصيغ وأمثلة على المشكلات - ما هو السائل الديناميكي وأنواعه؟ في هذه المناسبة ، سيناقشه Se بخصوص Knowledge.co.id وبالطبع حول الأشياء الأخرى التي تغطيها أيضًا. دعنا نلقي نظرة على المناقشة معًا في المقالة أدناه لفهمها بشكل أفضل.

---

السوائل الديناميكية: الأنواع ، الخصائص ، معادلة برنولي ، نظرية توريتشيلي ، الصيغ وأمثلة المشاكل

---

السائل مادة يمكن أن تتدفق. تتضمن كلمة سائل السيارة والماء والغاز لأن هاتين المادتين يمكن أن تتدفق ، بينما الصخور والأجسام الصلبة أو جميع المواد الصلبة لا تصنف على أنها سوائل لأنها لا تتدفق.

يمكن تجميع جميع السوائل في سوائل لأنها يمكن أن تتدفق من مكان إلى آخر. وبصرف النظر عن السوائل ، فإن الغازات هي أيضًا سوائل. يمكن أن تتدفق الغازات أيضًا من مكان إلى آخر. تهب الرياح مثال على انتقال الهواء من مكان إلى آخر.

السوائل هي أحد الجوانب المهمة في الحياة اليومية. كل يوم يتنفسه الإنسان أو يشربه أو يطفو أو يغرق فيه. كل يوم تطير الطائرات عبره وتطفو السفن فوقه.

وبالمثل يمكن أن تطفو الغواصة أو تطفو بداخلها. الماء الذي نشربه والهواء الذي نتنفسه يدوران أيضًا في جسم الإنسان طوال الوقت ، على الرغم من أننا غالبًا لا ندرك ذلك.

السوائل الديناميكية هي سوائل (يمكن أن تكون سوائل وغازات) تتحرك. للراحة في الدراسة ، يعتبر السائل هنا ثابتًا (له سرعة ثابتة فيما يتعلق بـ الوقت) ، غير قابل للضغط (لا يتغير الحجم) ، غير لزج ، غير مضطرب (لا يعاني جولات).

الديناميكا المائية هو العلم الذي يدرس السوائل المتحركة. قبل دراسة السوائل المتحركة ، من الضروري معرفة السائل المثالي وأنواع تدفق السوائل.

---

سائل مثالي

السائل المثالي هو السائل غير القابل للضغط ، ويتحرك دون التعرض للاحتكاك ، وله تدفق ثابت:

• يكون التدفق ثابتًا ، أي أن سرعة كل جزيء سائل عند نقطة معينة ثابتة ، سواء من حيث الحجم أو الاتجاه. يحدث التدفق الثابت في التدفق البطيء.
• التدفق غير منطقي ، مما يعني أنه في كل نقطة لا يكون للجسيم السائل زخم زاوي فيما يتعلق بهذه النقطة. التدفق يتبع الخط الحالي (الانسياب).
• غير قابل للضغط (غير قابل للضغط) ، مما يعني أن السائل لا يتغير في الحجم (الكثافة) بسبب الضغط.
• إنه ليس لزجًا ، بمعنى أنه لا يتعرض للاحتكاك سواء مع طبقات السوائل المحيطة أو مع الجدران التي يمر من خلالها. ترتبط اللزوجة في تدفق السوائل باللزوجة.

---

نوع تدفق السوائل

هناك عدة أنواع من تدفق السوائل. المسار الذي يسلكه السائل المتحرك يسمى خط التدفق. فيما يلي بعض أنواع تدفق السوائل ، وهي كالتالي:

• التدفق المستقيم أو الصفحي هو تدفق سلس للسوائل. تنزلق الطبقات المجاورة بسلاسة فوق بعضها البعض. في هذا التدفق ، تتبع جزيئات السائل مسارًا سلسًا ولا تتقاطع هذه المسارات مع بعضها البعض. يوجد التدفق الصفحي في المياه المتدفقة عبر الأنابيب أو الخراطيم.
• التدفق المضطرب هو التدفق الذي يتميز بوجود دوائر غير منتظمة ويشبه الدوامة. غالبًا ما يوجد التدفق المضطرب في الأنهار والخنادق.

---

خصائص السوائل الديناميكية

الخصائص العامة لديناميكا الموائع هي كما يلي:

• يعتبر السائل غير متوافق
• يعتبر السائل متحركًا بدون احتكاك ، على الرغم من وجود حركة للمادة (ليس له لزوجة)
  تدفق السوائل هو تدفق ثابت ، أي أن سرعة واتجاه حركة جزيئات اللب التي تمر عبر نقطة معينة تكون ثابتة دائمًا
• مستقل عن الوقت (ثابت) ، مما يعني أن السرعة ثابتة عند نقطة معينة ، وتشكل تدفقًا رقائقيًا (متعدد الطبقات)

---

صيغ السوائل الديناميكية

• ---

  دَين

المدين هو مقدار حجم السائل المتدفق بوحدة الوقت (بشكل عام في الثانية)

أين :

س = معدل التدفق (م³/s)

أ = مساحة المقطع العرضي (م²)

V = معدل تدفق السوائل (م / ث)

غالبًا ما يتم التعبير عن تدفق السوائل من حيث معدل التدفق

أين :

س = معدل التدفق (م³/s)

V = الحجم (م³)

ر = الفاصل الزمني (فترات)

• ---

  نظرية توريتشيلي

نظرية توريتشيلي هي ظاهرة تدفق المياه من فتحة خزان المياه.

حجم الطاقة الحركية للمياه التي تنطلق من فتحة خزان الماء يساوي حجم الطاقة الكامنة.

لذلك ، فإن سرعة رش الماء عند الحفرة هي نفسها سرعة تساقط الماء بحرية من حد مستوى الماء.

لأنه كلما زاد الفرق بين ارتفاع الحفرة وحد مستوى الماء ، كلما كان رذاذ الماء أسرع.

X = 2√ (ح ح)
ر = √ (2H / ز)

معلومة :
v هي سرعة خروج السائل من الحفرة
H هي المسافة التي يسقط فيها السائل (التربة) في فتحة التسرب
X هي المسافة الأفقية التي يسقطها السائل
t هو الوقت الذي يستغرقه السائل ليلامس الأرض
h هي المسافة من سطح السائل إلى فتحة التسرب

• ---

  معادلة الاستمرارية

معادلة الاستمرارية هي معادلة تربط سرعة السائل في مكان ما بآخر.

قبل اشتقاق العلاقة ، من الأفضل فهم بعض شروط تدفق السوائل. يمكن تفسير خط التدفق على أنه مسار تدفق مائع مثالي (تدفق ناعم).

يكون الظل عند نقطة على الخط تعطي اتجاه سرعة تدفق السائل.

لا تتقاطع خطوط تدفق السوائل مع بعضها البعض. أنبوب الماء عبارة عن مجموعة من خطوط التدفق.

س 1 = س 2
A1v1 = A2v2

• ---

  معادلة برنولي

قانون برنولي هو قانون يستند إلى قانون الحفاظ على الطاقة ويتم اختباره في تدفق السوائل.

ينص هذا القانون على أن مقدار الضغط (p) ، وضغط الطاقة الحركية لكل وحدة حجم ، والطاقة الكامنة لكل وحدة حجم ، لها نفس القيمة في كل نقطة على طول خط التيار.

P + 1/2 ρv2 + gh = ثابت

P1 + 1/2 ρv12 + gh1 = P2 + 1/2 ρv22 + gh2

معلومة :
P هو الضغط (باسكال = Pa = N / m2)
ρ هي كثافة السائل. سائل أو غاز (كجم / م 3)
g هو التسارع بسبب الجاذبية (م / ث 2)

---

أمثلة على مشاكل السوائل الديناميكية

---

المشكلة 1.

2012/2013 SMA الفيزياء الوطنية أسئلة الامتحان SA 55 رقم 15

حوض كبير مملوء بالماء ويوجد صنبور مثل الصورة. إذا كانت g = 10 مللي ثانية^-2فتكون سرعة رذاذ الماء من الصنبور ...

أ 3 مللي ثانية^-1
ب. 8 مللي ثانية^-1
ج. 9 مللي ثانية^-1
د. 30 مللي ثانية^-1
E. 900 مللي ثانية^-1

مناقشة
معروف :
الارتفاع (ح) = 85 سم - 40 سم = 45 سم = 0.45 متر
التسارع بسبب الجاذبية (ز) = 10 م / ث²
مطلوب: سرعة رش الماء من الصنبور (ت)
إجابة :

تنص نظرية توريتشيلي على أن سرعة تدفق الماء عبر حفرة على مسافة h من سطح الماء تساوي سرعة السقوط الحر للمياه من ارتفاع h.
يتم حساب سرعة تدفق الماء باستخدام صيغة حركة السقوط الحر الخامس_ر² = 2 جم ح
الخامس_ر² = 2 جم ح = 2 (10) (0.45) = 9
الخامس_ر = √9 = 3 م / ث
الإجابة الصحيحة هي.

المشكلة 2.

مواسير لتوجيه المياه متصلة بجدار المنزل كما هو موضح بالصورة التالية! نسبة مساحة المقطع العرضي لأنبوب كبير وأنبوب صغير هي 4: 1.
يكون موضع الأنبوب الكبير 5 أمتار فوق سطح الأرض ، بينما يبلغ ارتفاع الأنبوب الصغير مترًا واحدًا عن سطح الأرض. تبلغ سرعة تدفق المياه في الأنبوب الكبير 36 كم / ساعة مع ضغط 9.1 × 10⁵ بنسلفانيا. يُعرِّف:

أ) سرعة الماء في الأنبوب الصغير

ب) فرق الضغط في الأنبوبين
ج) الضغط في أنبوب صغير
(ρ_ماء = 1000 كجم / م³)

مناقشة
معروف: h₁ = 5 م ؛ ح₂ = 1 م الخامس₁ = 36 كم / ساعة = 10 م / ث ؛ ص₁ = 9.1 × 10⁵ باسكال ؛ أ₁: أ₂ = 4: 1

أ) سرعة الماء في الأنبوب الصغير
معادلة الاستمرارية :
أ₁الخامس₁ = أ₂الخامس₂
(4)(10) = (1) (الخامس₂)
الخامس₂ = 40 م / ث

ب) فرق الضغط في الأنبوبين
من معادلة برنولي:
ص₁ + ¹/₂ ρالخامس₁² + ρgh₁ = ص₂ + ¹/₂ ρالخامس₂² + ρgh₂
ص₁ - ص₂ = ¹/₂ ρ(الخامس₂² − الخامس₁²) + g (h₂ - ح₁)
ص₁ - ص₂ = ¹/₂(1000)(40² − 10²) + (1000)(10)(1 − 5)
ص₁ - ص₂ = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000
ص₁ - ص₂ = 710000 باسكال = 7.1 × 10⁵ باك) الضغط في أنبوب صغير
ص₁ - ص₂ = 7.1 × 10⁵
9.1 × 10⁵ - ص₂ = 7.1 × 10⁵
ص₂ = 2.0 × 10⁵ بنسلفانيا

مشكلة 3.

خزان مملوء بالماء وفي الجدار فتحة (انظر الصورة). سرعة الماء عند خروجه من الحفرة... (g = 10 مللي ثانية^-2)

أ 12 مللي ثانية^-1
ب. 10 مللي ثانية^-1
ج. 6 مللي ثانية^-1
د. 5 مللي ثانية^-1
E. 2 مللي ثانية^-1

مناقشة
معروف :
الارتفاع (ح) = 1.5 م - 0.25 م = 1.25 متر
التسارع بسبب الجاذبية (ز) = 10 م / ث²
مطلوب: سرعة الماء كما يخرج من الحفرة (ت)
إجابة :
الخامس_ر² = 2 جم س = 2 (10) (1،25) = 25
الخامس_ر = √25 = 5 م / ث
والجواب الصحيح هو د.

المشكلة 4.

خزان مملوء بالماء بارتفاع 1 متر (ز = 10 مللي ثانية^-2) وعلى الحائط يوجد فتحة تسرب (انظر الصورة). سرعة خروج الماء من الحفرة ...
أ 1 مللي ثانية^-1
ب. 2 مللي ثانية^-1
ج. 4 مللي ثانية^-1
د. 8 مللي ثانية^-1
E. 10 مللي ثانية^-1
مناقشة
معروف :
الارتفاع (ح) = 1 م - 0.20 م = 0.8 متر
التسارع بسبب الجاذبية (ز) = 10 م / ث²
مطلوب: سرعة الماء كما يخرج من الحفرة (ت)
إجابة :
الخامس_ر² = 2 جم ح = 2 (10) (0.8) = 16
الخامس_ر = -16 = 4 م / ث
والجواب الصحيح هو د.

المشكلة 5.

أنبوب يحمل الماء بتصريف 1 م 3 كل ثانية ، ويستخدم لملء سد بقياس (100 × 100 × 10) م. ثم احسب الوقت المطلوب لملء السد حتى أسنانه !.

إجابة :

إذن الجواب هو الوقت اللازم حتى يمتلئ السد ، أي 100،000 ثانية.

وهكذا فإن المراجعة من Seputarknowledge.co.id حول السوائل الديناميكية,نأمل أن تضيف إلى بصيرتك ومعرفتك. شكرا لزيارتك ولا تنسى قراءة مقالات أخرى.