Maye Mexanikasına Giriş
Maye mexanikası, mayelərin (mayelərin, qazların və plazmaların) istirahət və hərəkət halında davranışı ilə əlaqəli fizikanın bir sahəsidir. O, mexaniki, mülki və kimya mühəndisliyi, geofizika, okeanoqrafiya və astrofizika da daxil olmaqla geniş fənlərdə tətbiqlərə malikdir. Maye mexanikasının tədqiqi maye statikası , istirahətdə olan mayelərin tədqiqi və maye dinamikası , hərəkətdə olan mayelərin öyrənilməsinə bölünür.
Mayelərin xassələri
Maye mexanikasını başa düşmək mayenin davranışını müəyyən edən əsas xüsusiyyətlərdən başlayır:
- Sıxlıq ( \(\rho\) ) : Mayenin vahid həcminə düşən kütlə, maye hissəciklərinin nə qədər yığcam olduğunu göstərir.
- Təzyiq (P) : Bir səthə maye hissəciklərinin vahid sahəyə tətbiq etdiyi qüvvə.
- Özlülük ( \(\mu\) ) : Hərəkət edən mayenin daxili sürtünməsini təsvir edən mayenin axmağa qarşı müqavimətinin ölçüsü.
- Temperatur (T) : Mayenin sıxlığına və özlülüyünə təsir edir. Ümumiyyətlə, temperatur artdıqca mayelər üçün sıxlıq azalır və özlülük azalır, qazlar üçün isə artır.
Maye Statikası
Maye statiklərində mayelərin istirahətdə olduğunu və ya onların hərəkətinin müşahidə olunan hadisələrə təsir etmədiyini düşünürük. Maye statikasının əsas prinsipi Paskal prinsipidir ki, bu da mayenin hər hansı bir nöqtəsindəki təzyiqin bütün istiqamətlərdə eyni olduğunu bildirir. Bu prinsip təzyiq artımının qapalı mayedə azalmadan ötürüldüyü hidravlik sistemlərdə tətbiq edilir.
Digər mühüm konsepsiya Arximed prinsipidir ki, mayeyə tamamilə və ya qismən batırılmış hər hansı bir cismin cismin yerindən çıxardığı mayenin ağırlığına bərabər bir qüvvə ilə qaldırılır. Bu prinsip obyektlərin niyə üzdüyünü və ya batdığını izah edir.
Maye dinamikası
Maye dinamikası hərəkətdə olan mayelərdə qüvvələri və nəticədə hərəkəti öyrənir. Bu, sürət və sürətlənmə kimi əlavə dəyişənləri ehtiva etdiyi üçün maye statikası ilə müqayisədə daha mürəkkəbdir. Maye dinamikasını tənzimləyən əsas tənliklər:
- Davamlılıq tənliyi : Maye axınında kütlənin saxlanmasını ifadə edir. Sıxılmayan maye üçün onu \(\frac{\partial A}{\partial t} + \nabla \cdot (A \vec{v}) = 0\) kimi yazmaq olar, burada \(A\) en kəsiyinin sahəsi, \(t\) vaxt, \(\vec{v}\) mayenin sürət vektorudur.
- Bernoulli tənliyi : Mayenin sürətini və potensial enerjisini əlaqələndirir. Sıxılmayan mayelər üçün o, \(P + \frac{1}{2}\rho v^2 + \rho gh = \textrm{Sabit}\) ilə verilir, burada \(P\) təzyiqdir, \(\rho\) sıxlıq, \(v\) sürət, \(g\) cazibə qüvvəsinin sürətlənməsi və \(h\) istinad nöqtəsindən yuxarı hündürlükdür.
Tətbiqlər
Maye mexanikası müxtəlif sahələrdə tətbiq olunur:
- Mühəndislikdə su təchizatı sistemlərinin, kondisioner sistemlərinin, elektrik stansiyalarının və təyyarələrin layihələndirilməsində və təhlilində istifadə olunur.
Meteorologiyada atmosferin dinamikasını öyrənməklə hava nümunələrini anlamaqda və proqnozlaşdırmaqda kömək edir.- Tibb elmində maye mexanikasının prinsipləri qan axınının analizində, ürək qapaqları və tənəffüs maşınları kimi tibbi cihazların dizaynında tətbiq olunur.
- Ətraf mühit elmində o, çaylarda və okeanlarda çirklənmənin dağılması, eroziya və çöküntülərin daşınmasının öyrənilməsinə kömək edir.
Əsas Təcrübələr və Nümunələr
Maye mexanikasının bir çox əsas prinsiplərini sadə təcrübələr və müşahidələr vasitəsilə başa düşmək olar:
- Torricelli Təcrübəsi : Bernoulli prinsipini nümayiş etdirmək, bir stəkan suya bir saman qoymaq və yuxarı ucunu örtmək, yaranan təzyiq fərqinə görə suyun axmasının qarşısını alacaq. Üstünə üfürmək təzyiqi azaldır, suyun axmasına imkan verir.
- Arximedin prinsipial təcrübəsi : Bu, bir cismi mayenin içinə yerləşdirməklə və yerdəyişən mayenin çəkisinə bərabər olan mayenin göstərdiyi yuxarıya doğru qüvvəyə (üzən qüvvəyə) müşahidə etməklə nümayiş etdirilə bilər.
Maye axını nümunələri
Mayelər axdıqda, müxtəlif maye axını vəziyyətlərində axın nümunələrinin proqnozlaşdırılması üçün istifadə olunan ölçüsüz kəmiyyət olan Reynolds sayı (Re) anlayışı ilə izah edilən müxtəlif nümunələr nümayiş etdirirlər. Reynolds nömrəsi \(Re = \frac{\rho vL}{\mu}\) kimi müəyyən edilir, burada \(v\) axın sürətidir, \(L\) xarakterik xətti ölçüdür (diametr kimi), və \(\mu\) mayenin dinamik özlülüyüdür.
Axın nümunələri geniş şəkildə iki növə təsnif edilə bilər:
- Laminar axın : Maye hissəcikləri hamar, nizamlı təbəqələrdə və ya axınlarda hərəkət edir. Bu, özlü qüvvələrin üstünlük təşkil etdiyi daha aşağı Reynolds ədədlərində ( \(Re < 2000\) ) baş verir.
- Turbulent axın : Maye hissəcikləri xaotik şəkildə hərəkət edir. Bu, daha yüksək Reynolds ədədlərində ( \(Re > 4000\) ) baş verir, burada ətalət qüvvələri üstünlük təşkil edir, burulğanlara və burulğanlara səbəb olur.
Maye axınının ölçülməsi
Müxtəlif mühəndislik və elmi tətbiqlər üçün vacib olan mayelərin axınının ölçülməsi üçün bir neçə üsul mövcuddur. Bunlara daxildir:
- Venturi Metr : Borudan keçən axını ölçmək üçün Bernoulli tənliyi prinsipindən istifadə edir.
- Pitot borusu : Durğunluq təzyiqi və statik təzyiq fərqinə əsaslanaraq axın sürətini ölçür.
Nəticə
Maye mexanikası mühəndislikdən təbiət elmlərinə qədər geniş spektrli hadisələri və tətbiqləri əhatə edir. Onun prinsipləri müxtəlif şəraitlərdə mayelərin davranışını anlamaq və mayelərlə qarşılıqlı əlaqədə olan sistemləri layihələndirmək üçün vacibdir. Maye statikası mayelərin istirahətdə davranışını izah edərkən, maye dinamikası hərəkət edən mayelərdəki qüvvələri və hərəkətləri araşdırır və mühəndislik tətbiqləri bu prinsiplərdən səmərəli sistemlər yaratmaq və praktiki problemləri həll etmək üçün istifadə edir.
