Suyuqliklar mexanikasiga kirish
Suyuqliklar mexanikasi fizikaning suyuqliklarning (suyuqliklar, gazlar va plazmalar) tinch va harakatdagi xatti-harakatlari bilan bog'liq bo'limidir. Mashina, fuqarolik va kimyo muhandisligi, geofizika, okeanografiya va astrofizika kabi ko'plab fanlarda qo'llanilishi mumkin. Suyuqliklar mexanikasini o'rganish suyuqlik statikasiga , dam olishdagi suyuqliklarni o'rganishga va suyuqlik dinamikasini , harakatdagi suyuqliklarni o'rganishga bo'linadi.
Suyuqliklarning xossalari
Suyuqlik mexanikasini tushunish suyuqlikning harakatini belgilaydigan asosiy xususiyatlardan boshlanadi:
- Zichlik ( \(\rho\) ) : Suyuqlik zarralari qanchalik ixcham ekanligini ko'rsatadigan suyuqlik hajmining birlik massasi.
- Bosim (P) : Suyuqlik zarralari tomonidan sirt birligiga ta'sir qiladigan kuch.
- Yopishqoqlik ( \(\mu\) ) : harakatlanuvchi suyuqlikning ichki ishqalanishini tavsiflovchi suyuqlikning oqimga chidamliligi o'lchovi.
- Harorat (T) : Suyuqlikning zichligi va yopishqoqligiga ta'sir qiladi. Odatda, harorat oshishi bilan suyuqliklar uchun zichlik pasayadi va yopishqoqlik kamayadi, gazlar uchun esa ortadi.
Suyuqlik statikasi
Suyuqlik statikasida biz suyuqliklar tinch holatda yoki ularning harakati kuzatilgan hodisalarga ta'sir qilmaydi deb taxmin qilamiz. Suyuqlik statikasining asosiy printsipi Paskal printsipi bo'lib, u tinch holatda suyuqlikning istalgan nuqtasidagi bosim barcha yo'nalishlarda bir xil bo'lishini aytadi. Ushbu tamoyil bosimning oshishi yopiq suyuqlikda kamaytirilmasdan uzatiladigan gidravlik tizimlarda qo'llaniladi.
Yana bir muhim kontseptsiya Arximed printsipi bo'lib, u suyuqlikka to'liq yoki qisman botgan har qanday jism, ob'ekt tomonidan almashtirilgan suyuqlikning og'irligiga teng kuch bilan ko'tariladi. Bu tamoyil jismlar nima uchun suzuvchi yoki cho'kayotganini tushuntiradi.
Suyuqlik dinamikasi
Suyuqlik dinamikasi harakatdagi suyuqliklardagi kuchlarni va natijada paydo bo'ladigan harakatni o'rganadi. Bu suyuqlik statikasiga qaraganda murakkabroq, chunki u tezlik va tezlanish kabi qo'shimcha o'zgaruvchilarni o'z ichiga oladi. Suyuqlik dinamikasini boshqaradigan asosiy tenglamalar:
- Uzluksizlik tenglamasi : suyuqlik oqimida massa saqlanishini ifodalaydi. Siqilmaydigan suyuqlik uchun uni \(\frac{\partial A}{\partial t} + \nabla \cdot (A \vec{v}) = 0\) shaklida yozish mumkin, bu erda \(A\) kesma maydoni, \(t\) - vaqt, \(\vec{v}\) - suyuqlikning tezlik vektori.
- Bernulli tenglamasi : suyuqlik tezligi va uning potentsial energiyasini bog'laydi. Siqilmaydigan suyuqliklar uchun u \(P + \frac{1}{2}\rho v^2 + \rho gh = \textrm{doimiy}\) bilan beriladi, bu erda \(P\) - bosim, \(\rho\) - zichlik, \(v\) - tezlik, \(g\) - tortishish ta'sirida tezlanish va \(h\) - mos yozuvlar nuqtasi ustidagi balandlik.
Ilovalar
Suyuqlik mexanikasi turli sohalarda qo'llaniladi:
- Muhandislikda u suv ta'minoti tizimlari, konditsioner tizimlari, elektr stantsiyalari va samolyotlarni loyihalash va tahlil qilishda qo'llaniladi.
Meteorologiyada u atmosfera dinamikasini o'rganish orqali ob-havo sharoitlarini tushunish va prognoz qilishda yordam beradi.- Tibbiyot fanida suyuqlik mexanikasi tamoyillari qon oqimini tahlil qilishda, yurak klapanlari va nafas olish apparatlari kabi tibbiy asboblarni loyihalashda qo'llaniladi.
- Atrof-muhit fanida u daryolar va okeanlardagi ifloslanishning tarqalishi, eroziya va cho'kindilarni tashishni o'rganishga yordam beradi.
Asosiy tajribalar va misollar
Suyuqliklar mexanikasining ko'plab asosiy tamoyillarini oddiy tajribalar va kuzatishlar orqali tushunish mumkin:
- Torricelli tajribasi : Bernoulli printsipini ko'rsatish, bir stakan suvga somon qo'yish va yuqori uchini yopish hosil bo'lgan bosim farqi tufayli suvning oqib chiqishini oldini oladi. Yuqoridan puflash bosimni pasaytiradi, suvning oqib chiqishiga imkon beradi.
- Arximedning printsipial tajribasi : Buni suyuqlikka ob'ekt qo'yish va suyuqlik tomonidan ko'chirilgan suyuqlikning og'irligiga teng bo'lgan yuqoriga ko'taruvchi kuchni (suzish qobiliyatini) kuzatish orqali ko'rsatish mumkin.
Suyuqlik oqimi naqshlari
Suyuqliklar oqayotganda, ular Reynolds soni (Re) kontseptsiyasi bilan izohlanadigan turli xil naqshlarni namoyon qiladi, bu suyuqlik oqimining turli holatlarida oqim shakllarini bashorat qilish uchun ishlatiladigan o'lchovsiz miqdordir. Reynolds soni \(Re = \frac{\rho vL}{\mu}\) sifatida aniqlanadi, bu erda \(v\) - oqim tezligi, \(L\) - xarakterli chiziqli o'lcham (diametr kabi), va \(\mu\) - suyuqlikning dinamik viskozitesi.
Oqim shakllarini ikki turga bo'lish mumkin:
- Laminar oqim : Suyuqlik zarralari silliq, tartibli qatlamlar yoki oqimlarda harakatlanadi. Bu yopishqoq kuchlar dominant bo'lgan quyi Reynolds raqamlarida ( \(Re < 2000\) ) sodir bo'ladi.
- Turbulent oqim : Suyuqlik zarralari xaotik tarzda harakatlanadi. Bu yuqoriroq Reynolds raqamlarida ( \(Re > 4000\) ) sodir bo'ladi, bu erda inertial kuchlar hukmronlik qiladi, bu esa girdoblar va girdoblarni keltirib chiqaradi.
Suyuqlik oqimini o'lchash
Turli muhandislik va ilmiy qo'llanmalar uchun zarur bo'lgan suyuqliklar oqimini o'lchash uchun bir nechta texnikalar mavjud. Bularga quyidagilar kiradi:
- Venturi o'lchagich : quvur orqali oqim tezligini o'lchash uchun Bernoulli tenglamasi printsipidan foydalanadi.
- Pitot trubkasi : turg'unlik bosimi va statik bosimdagi farq asosida oqim tezligini o'lchaydi.
Xulosa
Suyuqliklar mexanikasi muhandislikdan tortib tabiiy fanlargacha bo'lgan keng ko'lamli hodisalar va ilovalarni o'z ichiga oladi. Uning tamoyillari turli sharoitlarda suyuqliklarning harakatini tushunish va suyuqliklar bilan o'zaro ta'sir qiluvchi tizimlarni loyihalash uchun juda muhimdir. Suyuqlik statikasi dam olish holatidagi suyuqliklarning harakatini tushuntirsa-da, suyuqlik dinamikasi harakatlanuvchi suyuqliklardagi kuchlar va harakatlarni o'rganadi, muhandislik ilovalari ushbu printsiplardan samarali tizimlarni yaratish va amaliy muammolarni hal qilish uchun foydalanadi.
