ফ্লুইড মেকানিক্সের ভূমিকা
ফ্লুইড মেকানিক্স হল পদার্থবিজ্ঞানের একটি শাখা যা বিশ্রামে এবং গতিতে তরল (তরল, গ্যাস এবং প্লাজমা) আচরণের সাথে সম্পর্কিত। মেকানিক্যাল, সিভিল এবং কেমিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং, জিওফিজিক্স, ওসানোগ্রাফি এবং অ্যাস্ট্রোফিজিক্স সহ বিভিন্ন শাখায় এর প্রয়োগ রয়েছে। তরল মেকানিক্স অধ্যয়ন তরল স্ট্যাটিক্স , বিশ্রামে তরল অধ্যয়ন, এবং তরল গতিবিদ্যা , গতিশীল তরল গবেষণায় বিভক্ত।
তরল বৈশিষ্ট্য
তরল মেকানিক্স বোঝা মূল বৈশিষ্ট্যগুলি দিয়ে শুরু হয় যা একটি তরলের আচরণকে সংজ্ঞায়িত করে:
- ঘনত্ব ( \(\rho\) ) : একটি তরলের একক আয়তনের প্রতি ভর, তরল কণাগুলি কতটা কম্প্যাক্ট তা নির্দেশ করে।
- চাপ (P) : একটি পৃষ্ঠের উপর তরল কণা দ্বারা প্রতি ইউনিট এলাকায় বল প্রয়োগ করা হয়।
- সান্দ্রতা ( \(\mu\) ) : একটি তরল প্রবাহের প্রতিরোধের একটি পরিমাপ যা একটি চলমান তরলের অভ্যন্তরীণ ঘর্ষণকে বর্ণনা করে।
- তাপমাত্রা (T) : তরলের ঘনত্ব এবং সান্দ্রতাকে প্রভাবিত করে। সাধারণত, তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে ঘনত্ব হ্রাস পায় এবং তরলের জন্য সান্দ্রতা হ্রাস পায়, তবে গ্যাসের জন্য বৃদ্ধি পায়।
তরল স্ট্যাটিক্স
তরল স্ট্যাটিক্সে, আমরা ধরে নিই যে তরলগুলি বিশ্রামে রয়েছে বা তাদের চলাচল পর্যবেক্ষণকৃত ঘটনাকে প্রভাবিত করে না। ফ্লুইড স্ট্যাটিক্সের প্রধান নীতি হল প্যাসকেলের নীতি যা বলে যে বিশ্রামে থাকা তরলের যেকোনো বিন্দুতে চাপ সব দিকেই সমান। এই নীতিটি হাইড্রোলিক সিস্টেমে প্রয়োগ করা হয় যেখানে চাপের বৃদ্ধি একটি আবদ্ধ তরলে অপরিমিতভাবে প্রেরণ করা হয়।
আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ ধারণা হল আর্কিমিডিসের নীতি যা বলে যে কোনও বস্তু, সম্পূর্ণ বা আংশিকভাবে তরলে নিমজ্জিত, বস্তু দ্বারা স্থানচ্যুত তরলের ওজনের সমান বল দ্বারা উত্থিত হয়। এই নীতি ব্যাখ্যা করে কেন বস্তু ভেসে বা ডুবে যায়।
তরল গতিবিদ্যা
ফ্লুইড ডাইনামিকস ফ্লুইডের ফ্লুইডের ফোর্স এবং ফলস্বরূপ গতির অধ্যয়ন করে। এটি তরল স্ট্যাটিক্সের চেয়ে জটিল কারণ এতে বেগ এবং ত্বরণের মতো অতিরিক্ত ভেরিয়েবল জড়িত। তরল গতিবিদ্যা নিয়ন্ত্রণকারী মৌলিক সমীকরণগুলি হল:
- ধারাবাহিকতা সমীকরণ : তরল প্রবাহে ভর সংরক্ষণ প্রকাশ করে। একটি অসংকোচনীয় তরলের জন্য, এটি \(\frac{\partial A}{\partial t} + \nabla \cdot (A \vec{v}) = 0\) হিসাবে লেখা যেতে পারে, যেখানে \(A\) হল ক্রস-বিভাগীয় এলাকা, \(t\) হল সময়, এবং \(\vec{v}\) হল তরলের বেগ ভেক্টর।
- বার্নোলির সমীকরণ : তরলের গতি এবং এর সম্ভাব্য শক্তির সাথে সম্পর্কযুক্ত। অসংকোচনীয় তরলগুলির জন্য, এটি \(P + \frac{1}{2}\rho v^2 + \rho gh = \textrm{ধ্রুবক}\) দ্বারা দেওয়া হয়, যেখানে \(P\) চাপ, \(\rho\) হল ঘনত্ব, \(v\) হল বেগ, \(g\) হল অভিকর্ষের কারণে ত্বরণ, এবং \(h\) হল একটি রেফারেন্স বিন্দুর উপরে উচ্চতা।
অ্যাপ্লিকেশন
তরল মেকানিক্স বিভিন্ন ক্ষেত্রে প্রয়োগ করা হয়:
- প্রকৌশলে , এটি জল সরবরাহ ব্যবস্থা, শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা, পাওয়ার প্লান্ট এবং বিমানের নকশা এবং বিশ্লেষণে ব্যবহৃত হয়।
আবহাওয়াবিদ্যায় , এটি বায়ুমণ্ডলের গতিশীলতা অধ্যয়ন করে আবহাওয়ার ধরণগুলি বুঝতে এবং পূর্বাভাস দিতে সহায়তা করে।- চিকিৎসা বিজ্ঞানে , রক্ত প্রবাহ বিশ্লেষণ, হৃদযন্ত্রের ভালভ এবং শ্বাসযন্ত্রের মেশিনের মতো মেডিকেল ডিভাইসের নকশায় তরল মেকানিক্সের নীতিগুলি প্রয়োগ করা হয়।
- পরিবেশ বিজ্ঞানে , এটি নদী ও মহাসাগরে দূষণের বিচ্ছুরণ, ক্ষয়, এবং পলি পরিবহনের গবেষণায় সহায়তা করে।
মূল পরীক্ষা এবং উদাহরণ
তরল মেকানিক্সের অনেক মৌলিক নীতি সহজ পরীক্ষা এবং পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে বোঝা যায়:
- টরিসেলির পরীক্ষা : বার্নউলির নীতি প্রদর্শন করে, এক গ্লাস জলে একটি খড় রেখে এবং উপরের প্রান্তটি ঢেকে রাখলে চাপের পার্থক্যের কারণে জল বেরিয়ে যাওয়া থেকে বিরত থাকবে। উপরের দিকে ফুঁ দিলে চাপ কমে যায়, পানি বের হতে দেয়।
- আর্কিমিডিসের নীতি পরীক্ষা : এটি একটি তরলে একটি বস্তু স্থাপন করে এবং তরল দ্বারা প্রয়োগ করা ঊর্ধ্বমুখী বল (উচ্ছ্বাস) পর্যবেক্ষণ করে প্রদর্শন করা যেতে পারে, যা স্থানচ্যুত তরলের ওজনের সমান।
তরল প্রবাহ নিদর্শন
যখন তরল প্রবাহিত হয়, তখন তারা বিভিন্ন প্যাটার্ন প্রদর্শন করে, যা রেনল্ডস নম্বর (Re) ধারণা দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়, যা একটি মাত্রাবিহীন পরিমাণ যা বিভিন্ন তরল প্রবাহের পরিস্থিতিতে প্রবাহের ধরণ অনুমান করতে ব্যবহৃত হয়। রেনল্ডস সংখ্যাটিকে \(Re = \frac{\rho vL}{\mu}\) হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে, যেখানে \(v\) হল প্রবাহের বেগ, \(L\) হল একটি বৈশিষ্ট্যযুক্ত রৈখিক মাত্রা (ব্যাসের মতো), এবং \(\mu\) হল তরলের গতিশীল সান্দ্রতা।
ফ্লো প্যাটার্নগুলি বিস্তৃতভাবে দুটি প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে:
- লেমিনার প্রবাহ : তরল কণা মসৃণ, সুশৃঙ্খল স্তর বা প্রবাহে চলে। এটি নিম্ন রেনল্ডস সংখ্যায় ঘটে ( \(Re < 2000\) ) যেখানে সান্দ্র শক্তি প্রভাবশালী।
- অশান্ত প্রবাহ : তরল কণাগুলি বিশৃঙ্খলভাবে চলাচল করে। এটি উচ্চতর রেনল্ডস সংখ্যায় ঘটে ( \(Re > 4000\) ), যেখানে জড়তা শক্তি আধিপত্য বিস্তার করে, যার ফলে ঘূর্ণি ও ঘূর্ণি সৃষ্টি হয়।
তরল প্রবাহ পরিমাপ
বিভিন্ন প্রকৌশল এবং বৈজ্ঞানিক প্রয়োগের জন্য প্রয়োজনীয় তরল প্রবাহ পরিমাপের জন্য বেশ কিছু কৌশল বিদ্যমান। এর মধ্যে রয়েছে:
- ভেঞ্চুরি মিটার : একটি পাইপের মাধ্যমে প্রবাহের হার পরিমাপ করতে বার্নউলির সমীকরণের নীতি ব্যবহার করে।
- পিটোট টিউব : স্থবির চাপ এবং স্থির চাপের পার্থক্যের উপর ভিত্তি করে প্রবাহের বেগ পরিমাপ করে।
উপসংহার
ফ্লুইড মেকানিক্স প্রকৌশল থেকে প্রাকৃতিক বিজ্ঞান পর্যন্ত বিস্তৃত ঘটনা এবং অ্যাপ্লিকেশনকে অন্তর্ভুক্ত করে। এর নীতিগুলি বিভিন্ন পরিস্থিতিতে তরলগুলির আচরণ বোঝার জন্য এবং তরলগুলির সাথে মিথস্ক্রিয়া করে এমন সিস্টেমগুলি ডিজাইন করার জন্য প্রয়োজনীয়। যখন তরল স্ট্যাটিক্স বিশ্রামে তরলের আচরণ ব্যাখ্যা করে, তরল গতিবিদ্যা চলমান তরলগুলিতে শক্তি এবং গতির অন্বেষণ করে, ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনগুলি দক্ষ সিস্টেম তৈরি করতে এবং ব্যবহারিক সমস্যাগুলি সমাধান করতে এই নীতিগুলিকে কাজে লাগায়।
