علم السوائل المتحركة هو مجال الفيزياء الذي يدرس سوائل في حالة راحة. يتضمن هذا الفرع عدة مفاهيم مثل الكثافة والضغط والحجم وقوة الطفو.
المفاهيم الأساسية للهيدروستاتيكا
كثافة
تحدد الكثافة تركيز المادة في حجم معين.
فيما يتعلق بكثافة الجسم والسوائل لدينا:
- إذا كانت كثافة الجسم أقل من كثافة السائل ، فسوف يطفو الجسم على سطح السائل ؛
- إذا كانت كثافة الجسم مساوية لكثافة السائل ، فسيكون الجسم في حالة توازن مع السائل ؛
- إذا كانت كثافة الجسم أكبر من كثافة السائل ، فسيغرق الجسم.
لحساب الكثافة ، يتم استخدام الصيغة التالية:
د = م / الخامس
يجري،
د: كثافة
م: معكرونة
الخامس: أربعة حجمالخامس
في النظام الدولي (SI):
- الكثافة بالجرام لكل سنتيمتر مكعب (جم / سم3) ، ولكن يمكن التعبير عنها أيضًا بالكيلوجرام لكل متر مكعب (كجم / م3) أو بالجرام لكل مليلتر (جم / مل) ؛
- الكتلة بالكيلوغرام (Kg) ؛
- الحجم بالمتر المكعب (م3).
اقرأ أيضًا عن كثافة و ال كثافة الماء.
ضغط
الضغط هو مفهوم أساسي للهيدروستاتيكا ، ويسمى في هذا المجال من الدراسة الضغط الهيدروليكي. يحدد الضغط الذي تمارسه السوائل على الآخرين.
كمثال ، يمكننا التفكير في الضغط الذي نشعر به عندما نسبح. لذلك كلما تعمقنا ، زاد الضغط الهيدروستاتيكي.
يرتبط هذا المفهوم ارتباطًا وثيقًا بكثافة السوائل وتسارع الجاذبية. لذلك ، يتم حساب الضغط الهيدروستاتيكي باستخدام الصيغة التالية:
ف = د. ح. ز
أين،
ص: الضغط الهيدروليكي
د: كثافة السائل
ح: ارتفاع السائل في الحاوية
ز: تسارع الجاذبية
في النظام الدولي (SI):
- الضغط الهيدروستاتيكي في باسكال (Pa) ، ولكن يتم أيضًا استخدام الغلاف الجوي (atm) ومليمتر الزئبق (mmHg) ؛
- كثافة السائل بالجرام لكل سنتيمتر مكعب (جم / سم3);
- الارتفاع بالأمتار (م) ؛
- تسارع الجاذبية بالأمتار في الثانية المربعة (m / sec2).
ملحوظة: لاحظ أن الضغط الهيدروستاتيكي لا يعتمد على شكل الحاوية. يعتمد ذلك على كثافة السائل وارتفاع عمود السائل وجاذبية الموقع.
اريد معرفة المزيد؟ اقرأ أيضًا عن الضغط الجوي.
الطفو
الدفع ، والذي يسمى أيضًا الدفع ، هو a القوة الهيدروستاتيكية الذي يعمل على جسم مغمور في سائل. وبالتالي ، فإن قوة الطفو هي القوة الناتجة التي يمارسها السائل على جسم معين.
على سبيل المثال ، يمكننا التفكير في أن أجسامنا تبدو أفتح عندما نكون في الماء ، سواء في المسبح أو البحر.
لاحظ أن هذه القوة التي يمارسها السائل على الجسم تمت دراستها بالفعل في العصور القديمة.
كان عالم الرياضيات اليوناني أرخميدس هو الذي أجرى تجربة هيدروستاتيكية سمحت له بحساب قيمة قوة الطفو (الرأسية والأعلى) التي تجعل الجسم أخف وزناً داخل السائل. لاحظ أنه يعمل في الاتجاه المعاكس لـ وزن القوة.
تفعيل قوة الطفو وقوة الوزن
وهكذا ، فإن بيان نظرية أرخميدس أو قانون الطفو هو:
“يتلقى كل جسم مغمور في سائل نبضة من أسفل إلى أعلى تساوي وزن حجم السائل ينزاح السائل ، لذلك تغرق الأجسام الأكثر كثافة من الماء ، بينما أقل كثافة يطفو”.
فيما يتعلق بقوة الطفو ، يمكننا أن نستنتج ما يلي:
- إذا كانت قوة الطفو (E) أكبر من قوة الوزن (P) ، فإن الجسم سيرتفع إلى السطح ؛
- إذا كانت قوة الطفو (E) لها نفس شدة قوة الوزن (P) ، فلن يرتفع الجسم ولا ينخفض ، ويبقى في حالة توازن ؛
- إذا كانت قوة الطفو (E) أقل من قوة الوزن (P) ، فسيغرق الجسم.
تذكر أن قوة الطفو أ ناقلات عظمة، أي أنه يحتوي على اتجاه ووحدة واتجاه.
في النظام الدولي (SI) ، يتم إعطاء الدفع (E) في نيوتن (N) ويتم حسابه بالصيغة التالية:
ه = دF. الخامسفد. ز
أين،
و: قوة الطفو
دF: كثافة السوائل
الخامسفد: حجم السائل
ز: تسارع الجاذبية
في النظام الدولي (SI):
- كثافة السوائل بالكيلوجرام لكل متر مكعب (كجم / م3);
- حجم السائل بالمتر المكعب (م3);
- تسارع الجاذبية بالأمتار في الثانية المربعة (m / sec2).
إقرأ ال صيغة الدفع.
مقياس هيدروستاتيكي
تم اختراع التوازن الهيدروستاتيكي من قبل الفيزيائي الإيطالي وعالم الرياضيات والفيلسوف جاليليو جاليلي (1564-1642).
مرتكز على مبدأ أرخميدس، تعمل هذه الأداة على قياس قوة الطفو التي تمارس على جسم مغمور في سائل.
أي أنه يحدد وزن جسم مغمور في سائل ، والذي بدوره أخف من وزنه في الهواء.
مقياس هيدروستاتيكي
اقرأ أيضا: مبدأ باسكال.
القانون الأساسي للهيدروستاتيكا
ا نظرية ستيفن يُعرف باسم "القانون الأساسي للهيدروستاتيكا". تفترض هذه النظرية علاقة الاختلاف بين أحجام السوائل والضغط الهيدروستاتيكي. يتم التعبير عن البيان الخاص بك على النحو التالي:
“الفرق بين ضغوط نقطتين من السائل عند التوازن (السكون) يساوي المنتج بين كثافة السائل ، وتسارع الجاذبية والفرق بين أعماق نقاط.”
يتم تمثيل نظرية ستيفن بالصيغة التالية:
∆P = γ ⋅ أوه أو ∆P = د. ز. أوه
أين،
∆ ص: تغير الضغط الهيدروستاتيكي
γ: الوزن النوعي للسائل
أوه: اختلاف ارتفاع عمود السائل
د: كثافة
ز: تسارع الجاذبية
في النظام الدولي (SI):
- تباين الضغط الهيدروستاتيكي في باسكال (باسكال) ؛
- الوزن النوعي للسائل هو نيوتن لكل متر مكعب (N / m3);
- التغير في ارتفاع عمود السائل بالأمتار (م) ؛
- الكثافة بالكيلوجرام لكل متر مكعب (كجم / م3);
- تسارع الجاذبية بالأمتار في الثانية المربعة (m / sec2).
الهيدروستاتيك والديناميكا المائية
بينما تدرس الهيدروستاتيك السوائل في حالة الراحة ، فإن الديناميكا المائية هي فرع الفيزياء الذي يدرس حركة هذه السوائل.
تمارين امتحان القبول مع الملاحظات
1. (PUC-PR) الطفو ظاهرة مألوفة للغاية. أحد الأمثلة هو السهولة النسبية التي يمكنك بها النهوض من داخل حوض السباحة مقارنة بمحاولة النهوض من الماء ، أي في الهواء.
وفقًا لمبدأ أرخميدس ، الذي يحدد الاتجاه ، حدد الاقتراح الصحيح:
أ) عندما يطفو الجسم على الماء ، يكون الطفو الذي يتلقاه الجسم أقل من وزن الجسم.
ب) مبدأ أرخميدس صالح فقط للأجسام المغمورة في السوائل ولا يمكن تطبيقه على الغازات.
ج) جسم مغمور كليًا أو جزئيًا في سائل يتعرض لقوة رأسية صاعدة مساوية في الوحدة لوزن السائل المزاح.
د) إذا غرق جسم في الماء بسرعة ثابتة ، فإن الطفو عليه لا شيء.
هـ) جسمان من نفس الحجم ، عند غمسهما في سوائل ذات كثافة مختلفة ، يعانيان من قوة دفع متساوية.
البديل ج
2. (UERJ-RJ) طوف ، شكله مستطيل متوازي السطوح ، يطفو على بحيرة مياه عذبة. قاعدة بدنها ، أبعادها 20 م في الطول و 5 م في العرض ، موازية لسطح الماء الحر ومغمورة على مسافة من ذلك السطح. افترض أن الطوافة محملة بـ 10 سيارات ، وزن كل منها 1200 كجم ، بحيث تظل قاعدة الهيكل موازية لسطح الماء الحر ، ولكنها مغمورة على مسافة d من هذا السطح.
إذا كانت كثافة الماء 1.0 × 103 كجم / م3، الاختلاف (د - دو) ، بالسنتيمتر ، هو: (ز = 10 م / ث2)
أ) 2
ب) 6
ج) 12
د) 24
هـ) 22
البديل ج
3. (UNIFOR-CE) سائلين ، A و B ، خاملان كيميائيًا وغير قابل للامتزاج مع بعضهما البعض ، بكثافة dA = 2.80 جم / سم3 و ديسيبل = 1.60 جم / سم3، على التوالي ، في نفس الحاوية. مع العلم أن حجم السائل أ ضعف حجم ب كثافة الخليط بوحدة جم / سم3، نعم:
أ) 2.40
ب) 2.30
ج) 2.20
د) 2.10
هـ) 2.00
بديل ل
لمزيد من الأسئلة ، مع القرار المعلق ، انظر أيضًا: تمارين هيدروستاتيكية.
