خواص الموائع المتحركة - فيزياء - ثاني ثانوي

الوحدة الثانية الموائع الفصل الرابع المقدمة الفصل الرابع خواص الموائع الساكنة خواص الموائع المتحركة نتحول الآن من دراسة الموائع الساكنة إلى دراسة الموائع المتحركة Hydrodynamics . ينبغي أن نميز بين نوعين من سريان الموائع السريان الهادئ، والسريان المضطرب. السريان الهادئ Steady Flow عندما يتحرك سائل ما بحيث تنزلق طبقاته المتجاورة في نعومة ويسر يقال إن السائل يسرى سريانا طبقيًّا أو سريانا إنسيابياً. والسريان الطبقى Laminar Flow) أو (الانسيابي) يسمى السريان الهادئ Streamline Flow أو المستقر Steady Flow ، ويتميز هذا النوع من الانسياب بأن كل كمية صغيرة من السائل تتبع أو تتخذ مسارًا متصلا يسمى خط الأنسياب Streamline . وعلى هذا الأساس يمكننا تصور سريان السائل في أنبوبة حقيقية أو افتراضية برسم مجموعة من خطوط الانسياب Streamlines ، وذلك بتتبع مسارات أجزاء السائل المختلفة كما في الشكل (١٤) ، وأهم ما يميز خطوط الانسياب أنها لا تتقاطع، كما أن المماس لأى نقطة على خط الانسياب يحدد اتجاه السرعة اللحظية لكل كمية صغيرة من السائل عند تلك النقطة. ويحدد عدد خطوط الانسياب التي تمر عموديا بوحدة المساحات عند نقطة معينة (كثافة خطوط الانسياب) سرعة سريان السائل عند تلك النقطة. ولهذا تتزاحم خطوط الانسياب في السرعات الكبيرة وتتباعد في السرعات المنخفضة. مطابع زمزم شكل ( ٤ - ١) خطوط الانسياب Streamlines ۷۵ ds Ai الفيزياء الصف الثانى الثانوى

الوحدة الثانية الموائع الفصل الرابع خواص الموائع الساكنة شروط السريان الهادئ 1 - أن يكون معدل سريان السائل ثابتًا على طول مساره لأن السائل غير قابل للانضغاط وكثافة السائل لا تتغير مع المسافة أو الزمن. ۲- في السريان الهادئ Steady Flow لا تتوقف سرعة السائل عند كل نقطة على الزمن. السريان غير دوار Irrotational أى أنه لا توجد دوامات Vortex Flow - لا توجد قوى احتكاك بين طبقات السائل Nonviscous السريان المضطرب وإذا زادت سرعة انسياب السائل عن حد معين يتحول السريان الهادئ إلى سريان مضطرب Turbulent Flow ويتميز بوجود دوامات صغيرة دائرية Vortices شكل ٤-٢) . ويحدث نفس الشئ بالنسبة للغازات أيضا. فإنه نتيجة انتشار الغاز من حيز صغير شكل ( ٤ - ٢) إلى حيز كبير ومن ضغط عال إلى ضغط أقل الدوامات نتيجة تدفق السائل بعنف أو فإنه يتحرك حركة دوامية (شكل ٤-٣). معدل السريان ومعادلة الاستمرارية : حركة جسم فيه بسرعة سنقتصر هنا على دراسة السريان الهادئ الذي يمكن وصفه كما يلى : شكل ( ٤ - ٣) يتحول الدخان من حركة إنسيابية إلى حركة مضطربة نتصور أنبوبة سريان Flow Tube بحيث 1 - يملأ السائل الأنبوبة تماما. ٢ - تكون كمية السائل التي تدخل إلى الأنبوبة عند أحد طرفيها مساوية لكمية السائل التي تخرج منها عند الطرف الآخر في نفس الزمن، نظرا لأن السائل غير قابل للانضغاط. 3- لا تتغير سرعة سريان السائل عند أى نقطة في الأنبوبة مع الزمن. وتوجد علاقة تربط معدل سريان السائل بسرعته ومساحة مقطع الأنبوبة، وتسمى هذه العلاقة معادلة الاستمرارية Continuity Equation . ولإدراك ما نعنيه بمعادلة الاستمرارية نختار مستويين عموديين على خطوط الانسياب عند مقطعين كما في شكل (٤-٤) ، مساحة مقطع المستوى الأول ومساحة مقطع المستوى الثاني A، ويكون حجم السائل المنساب خلال المساحة : في وحدة الزمن (معدل الانسياب الحجمي ) هو ,,A = 2 الفيزياء الصف الثانى الثانوى ٧٦ ۲۰۲۰ - ۲۰۱۹

الوحدة الثانية الموائع حيث سرعة السائل عند المقطع A . كما تكون كتلة السائل المنساب في وحدة الزمن والذي كثافته م (أى معدل الانسياب الكتلى) هي ,Q = P Q = pA. وبالمثل يكون معدل الانسياب الكتلى خلال المساحة A هو , Q = A ونظرا لأن معدل الانسياب الكتلي ثابت في حالة السريان الهادئ فإن الفصل الرابع خواص الموائع الساكنة 1 y-0 شكل ( ٤ - ٤) نموذج لاستنتاج معادلة الاستمرارية PA, v₁ =PA₂₂ (4-1) A₁ v₁ = A₂ V₂ وهذه هي معادلة الاستمرارية، أي أن (2-4) A., Al = ول ومن هذه العلاقة (2-4) نتبين أن سرعة السائل عند أى نقطة في الأنبوبة تتناسب عكسيا مع مساحة مقطع الأنبوبة عند تلك النقطة. فالسائل ينساب ببطء شديد في الأنبوبة عندما تكون مساحة مقطعها كبيرة (A) ، وينساب بسرعة أكبر عندما تكون مساحة مقطعها صغيرة (4) شكل ٤-٥) ولفهم معادلة الاستمرارية أكثر نتصور أن لدينا سائلًا، ونعتبر كتلة صغيرة منه Am ، هذه الكتلة هي sm = pava حيث ( A,dx = pava ) بينما 33 هي المسافة التي يتحركها السائل في زمن 21 أي ال,4x=r، وبذلك يكون ، لابد أن ينتقل Ax₂ Am شكل ( ٤ - ٥) A₁ اساس معادلة الاستمرارية Am نفس هذا الحجم في الجانب الآخر من الأنبوبة لأن السائل غير قابل للانضغاط أى أن انك = الراية ، ومن ثم ينبغى التأكيد هنا على أن معدل الانسياب للسائل هو معدل انسياب حجمى v ووحدته (m3/s) أو معدل انسياب كتلى . ووحدته (kg/s) وكلاهما مقدار ثابت عند أى مساحة مقطع . وهذا يسمى قانون بقاء الكتلة Conservation of Mass والذي يؤدى إلى معادلة الاستمرارية. مطابع زمزم VV الفيزياء الصف الثانى الثانوى

الوحدة الثانية الموائع الفصل الرابع معلومة إثرائية خواص الموائع الساكنة لماذا تطير الطائرة ولا تسقط ؟ حركة الطائرة تؤدي إلى تكون منطقة فوق الجناحين يكون فيها الضغط أقل مما هو تحت الجناحين فتنشأ قوة دفع لأعلى تتزن مع وزن الطائرة (شكل ٥-٧) . وهذه الظاهرة تسمى ظاهرة برنولي Bermoulli's effect ٧١٠٧ القوة المحصلة ب) توجد منطقة خلخلة في الضغط فوق الجناح ج) القوة الناتجة عن فرق الضغط تدفع الطائرة لأعلى شكل (٤ - ٧) كيف تطير الطائرة الفيزياء الصف الثانى الثانوى VA ۲۰۲۰ - ۲۰۱۹

الوحدة الثانية الموائع الفصل الرابع أمثلة : خواص الموائع الساكنة 1- تدخل أنبوبة مياه قطرها 2cm منزلا وسرعة سريان الماء بها m/s 0.1، ثم يصبح قطرها cm 1احسب: ( أ ) سرعة الماء في الجزء الضيق. (ب) كمية الماء (حجمه وكتلته) التي تنساب كل دقيقة خلال أي مقطع من مقاطع الأنبوبة (إذا كانت الحل : كثافة الماء = kg/m3 1000) ( أ ) نعلم أن ا ا = A (0.01m)² (0.1 m/s) = (0.005m) v₁ x 10x0.1 * x 2.5 x 10' = 0.40i's (ب) معدل الحجم المنساب يتعين من العلاقة : V, = x 10 x 0.1 x 2.5 x 10 x 0.4 = 3.14 x 10 m/s وبذلك يكون الحجم المنساب في دقيقة هو : V = Q x 60 = 3,14 x 10 5 x 60 = 188.4 x 10 5 minin معدل الكتلة المنسابة ( كثافة الماء = kg/m3 1000) PQ = PAN = PAr = 3.14 x 105 x 10 = 3.14 x 102 kis الكتلة المنسابة في دقيقة : M= 3.14 x 10 x 10 x 60 = 1.884 kg/min ٢- تكون السرعة المتوسطة لتدفق الدم فى الأورطى لشخص بالغ نصف قطره = cm 0.7 هي m/s 0.33 ، ومن الأورطى يتوزع الدم على عدد من الشرايين الرئيسية (نصف قطر كل منها cm 0.35 ) فإذا كان عدد الشرايين الرئيسية 30 فاحسب سرعة الدم فيها. مطابع زمزم ٧٩ الفيزياء الصف الثانى الثانوى |

خواص الموائع الساكنة الفصل الرابع A₁ = r² = 1 (0.007)² m² الوحدة الثانية الموائع الحل مساحة مقطع الأورطى مساحة مقطع الشرايين الرئيسية الثلاثين 30 A = r r x 11 =π (0.0035)² x 30 m² A₁₁ = A₁₁₂ T: (0.007) 4 x 0.33 "2 34) (0.33) = (0.0035) (30) -0.444 m/s أى أن سرعة الدم في الشرايين الرئيسية تساوى m/s 0.044 ، وبالتالي تكون سرعة الدم في الشعيرات الدموية بطيئة جدًا ، الأمر الذي يتيح حدوث عمليات تبادل غازى الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الأنسجة ، فضلا عن تزويدها بالمواد الغذائية. وهنا تتجلى قدرة الله الخالق . «سبحانه وتعالى عما يشركون صدق الله العظيم. اللزوجة Viscosity : يمكن إدراك معنى اللزوجة مما يلى : ۱ - نعلق قمعين متماثلين كلا في حامل، ثم نضع أسفل كل منهما كأسًا فارغة، نصب في أحد القمعين حجما معينا من الكحول، ونصب فى الآخر حجمًا مماثلا من الجليسرين. ونلاحظ سرعة انسياب كل من السائلين. نجد أن سرعة إنسياب الكحول أكبر من سرعة إنسياب الجليسرين، أو بعبارة أخرى، تكون قابلية الكحول للإنسياب أكبر من قابلية الجليسرين لذلك. ٢- نأخذ كأسين متماثلين يحتوى إحداهما على حجم معين من الماء، وتحتوى الأخرى على حجم مساو من العسل. نقلب السائل في كل من الكأسين بساق من الزجاج ونلاحظ في أي السائلين تكون حركة الساق أسهل . ثم نخرج الساق من السائل ونلاحظ حركة كل من السائلين بعد إخراج الساق نجد أن : ۲۰۲۰ - ۲۰۱۹ الفيزياء الصف الثانى الثانوى

الوحدة الثانية الموائع الفصل الرابع خواص الموائع الساكنة أ - تتحرك الساق في الماء بسهولة أكبر مما يدل على أن مقاومة الماء لحركة ساق الزجاج أقل من مقاومة العسل لها. ب - تتوقف حركة العسل بعد إخراج الساق بفترة وجيزة فى حين تستمر حركة الماء فترة أكبر. ٣- نأخذ مخبارين متماثلين طويلين ، ونملأ المخبار الأول حتى قرب فوهته بالماء، والثاني حتى قرب فوهته بالجليسرين، ثم نأخذ كرتين معدنيتين متماثلتين من الصلب (مثلا) ونلقى إحداهما برفق في الماء، ونعين بواسطة ساعة إيقاف الزمن الذي تستغرقه الكرة لتصل إلى قاع المخبار وتلقى الأخرى برفق في الجليسرين، ونعين الزمن الذي تستغرقه لتصل إلى قاع المخبار. نجد أن الزمن الذي تستغرقه الكرة لتصل إلى قاع المخبار خلال الماء أقل من الزمن الذي تستغرقه كرة مماثلة لتصل إلى قاع المخبار خلال الجليسرين، مما يدل على أن الجليسرين يقاوم حركة الكرة بمقدار أكبر من مقاومة الماء لها. ومما سبق يمكن استخلاص ما يلي : 1- بعض السوائل كالماء والكحول تكون قابليتها للإنسياب أو الحركة كبيرة في حين أن مقاومتها لحركة الجسم فيها صغيرة وهي ذات لزوجة صغيرة. ٢- بعض السوائل كالعسل والجليسرين تكون قابليتها للإنسياب أو الحركة صغيرة في حين أن مقاومتها لحركة الأجسام فيها كبيرة وهي ذات لزوجة عالية. ولتفسير خاصية اللزوجة نتصور كمية من السائل سائل (a) (۱) قوة تؤثر على الطبقة العليا للسائل (b) محصورة بين لوحين مستويين أحدهما ساكن أما الآخر (ب) طبقات السائل تنزلق بالنسبة لبعضها فيتحرك بسرعة ٧ (شكل) ٥-٦ . طبقة السائل الملامس للوح الساكن يكون ساكنا بينما يتحرك طبقة السائل الملامس للوح شكل (٤ - ٦) الاحتكاك بين طبقات السائل المتحرك بنفس سرعته وهى ٧ ، وتتحرك طبقات السائل بين اللوحين بسرعات تتراوح من الصفر إلى 7 تتزايد من اللوح الساكن إلى اللوح المتحرك، حيث تكون سرعة كل طبقة أقل من سرعة الطبقة التي تعلوها، ويرجع هذا الاختلاف النسبى فى السرعة إلى ما يلى : مطابع زمزم ۸۱ الفيزياء الصف الثانى الثانوى |

الوحدة الثانية الموائع الفصل الرابع خواص الموائع الساكنة ( أ ) توجد قوى احتكاك بين السطح المستوى للوح السفلى وطبقة السائل الملاصقة له. وتعزى هذه القوى إلى التلاصق بين جزيئات سطح المستوى الصلب وجزيئات السائل المجاور لها مباشرة فتمسك بها وتعوق إنسيابها، فتبدو هذه الطبقة ساكنة عديمة الحركة، ولنفس السبب تتحرك الطبقة العليا للسائل بنفس سرعة اللوح العلوى. (ب) توجد قوى شبيهة بقوى الإحتكاك بين كل طبقة من طبقات السائل والطبقة التي تعلوها، فتعوق انزلاق بعضها فوق بعض مما ينشأ عنه فرق نسبى فى السرعة بين كل طبقة والتي تعلوها، ويسمى هذا النوع منه السريان السريان الطبقى Laminar Flow أو السريان اللزج Viscous Flow . واللزوجة هي تلك الخاصية التي تتسبب فى وجود مقاومة أو احتكاك بين طبقات السائل بحيث تعوق انزلاق بعضها فوق بعض. معامل اللزوجة بالرجوع إلى الشكل (٤-٦) نجد أنه لكى يحتفظ اللوح المتحرك بسرعة ثابتة، فلابد من وجود قوة مماسية (F). هذه القوة تتناسب طرديا مع كل من السرعة (v) ومساحة اللوح المتحرك (A) وتتناسب عكسيا مع المسافة الفاصلة بين اللوحين (d) وبالتالي يكون d Foc Av F= d (4-3) حيث (إينا) ثابت التناسب ويعرف بمعامل اللزوجة. F Av/d (4-4) Fd vs Av = ويمكن من هذه العلاقة تعريف معامل اللزوجة كما يلي : معامل اللزوجة لسائل : هو القوة المماسية المؤثرة على وحدة المساحات ينتج عنها فرق في السرعة مقداره وحدة السرعة بين طبقتين من السائل المسافة العمودية بينهما وحدة المسافة. ووحدته kg/ms أو Ns/m2 الفيزياء الصف الثانى الثانوى ۸۲ ۲۰۲۰ - ۲۰۱۹

الوحدة الثانية الموائع الفصل الرابع خواص الموائع الساكنة تطبيقات لخاصية اللزوجة : للزوجة تطبيقات كثيرة منها : أ - التزييت والتشحيم : ينبغى تشحيم أو تزييت الآلات المعدنية من وقت لآخر حيث تؤدى عملية التشحيم إلى : 1 - نقص كمية الحرارة المتولدة أثناء الاحتكاك ٢ - حماية أجزاء الآلة من التآكل. وتتم عملية التزييت باستخدام أنواع من الزيوت تتميز بلزوجتها الكبيرة، إذ أننا لو استخدمنا الماء في عملية التزييت وهو من المواد ذات اللزوجة الصغيرة فإنه سرعان ما ينساب بعيدا عن أجزاء الآلة لضعف قوة التصاقه بها أثناء حركتها. لذلك كان من الطبيعى أن نستخدم سوائل تتميز بقدرتها على الالتصاق بأجزاء الآلة وعدم انسيابها بسرعة رغم الحركة الدائبة لتلك الأجزاء، ومن هنا كانت ضرورة استخدام مواد ذات لزوجة كبيرة في عملية التزييت. (ب) المركبات المتحركة: عندما تبلغ السيارة سرعتها القصوى، فإن الشغل الكلى الذي تبذله الآلة والمستمد من الوقود المستهلك يعمل معظمه ضد مقاومة الهواء للسيارة أثناء حركتها خلاله، وأيضا ضد قوة الإحتكاك بين اطارات السيارة والأرض. وفى السرعات الصغيرة نسبيا أو المتوسطة فإن مقاومة الهواء للأجسام المتحركة فيه والناتجة عن الزوجة الهواء تتناسب طرديا مع سرعة الأجسام المتحركة خلاله. وعندما تزداد سرعة السيارة عن حد معين فإن مقاومة الهواء لا تتناسب مع سرعتها فقط وإنما مع مربع السرعة. ويعنى هذا أن استهلاك الوقود يزداد معدله مع زيادة السرعة عن هذا الحد المذكور ، ولذلك يلجأ قائد السيارة الخبير إلى الحد من سرعتها لتوفير استهلاك الوقود . (حـ) في الطب : لقياس سرعة ترسيب الدم من المعلوم أنه عند سقوط كرة سقوطا حرًا رأسيًا فى سائل فإنها تتأثر بثلاث قوى وهي: وزنها لأسفل، وقوة دفع السائل لها لأعلى، وقوة الإحتكاك بينها وبين السائل لأعلى نتيجة لزوجة السائل. وبحساب محصلة القوى وجد أنها تتحرك بسرعة نهائية تزداد بزيادة نصف قطرها. مطابع زمزم ٨٣ الفيزياء الصف الثانى الثانوى

الوحدة الثانية الموائع الفصل الرابع خواص الموائع الساكنة ويمكن استخدام ذلك في الطب بأخذ عينة من الدم وقياس سرعة ترسيبها. وبذلك يمكن للطبيب معرفة إذا كان حجم كرات الدم طبيعيا أم لا . فعلى سبيل المثال، فى حالة الإصابة بالحمى الروماتزمية فإنه يحدث زيادة في سرعة ترسيب الدم. وذلك نتيجة لالتصاق كرات الدم الحمراء ببعضها، فيزداد حجمها ونصف قطرها، وبالتالي تزداد سرعة الترسيب. أما في حالة الإصابة بالأنيميا فتقل سرعة الترسيب عن المعدل الطبيعي حيث يحدث تكسير لكرات الدم الحمراء فيقل حجمها ونصف قطرها. الفيزياء الصف الثانى الثانوى ΛΕ ۲۰۲۰ - ۲۰۱۹

الوحدة الثانية الموائع الفصل الرابع خواص الموائع الساكنة أولا : التعاريف والمفاهيم الأساسية : تلخيص المائع، كل مادة قابلة للإنسياب ولا تتخذ شكلًا محددا بذاته. • الانسياب المستقر في الأنابيب يتطلب : ( أ ) يملأ السائل الأنبوبة تماما. (ب) تكون كمية السائل التي تدخل الأنبوبة عند أحد طرفيها مساوية لكمية السائل التي تخرج منها عند الطرف الآخر في نفس الزمن. . اللزوجة : هي الخاصية التي تتسبب فى وجود مقاومة أو احتكاك بين طبقات السائل تعوق انزلاق بعضها فوق البعض. معامل اللزوجة : هو القوة المماسية المؤثرة على وحدة المساحات ينتج عنها فرق في السرعة مقداره الوحدة بين طبقتين من السائل المسافة العمودية بينهما الوحدة وحدة معامل اللزوجة kgm's ثانيا : القوانين والعلاقات الهامة : • حجم السائل المنساب بسرعة ٧ خلال المساحة A في وحدة الزمن Q = Av • معادلة الاستمرارية هي : A, A • معامل اللزوجة المائع ((1)) يتعين من العلاقة . = FJ Av 7xx حيث F القوة المماسية بين طبقتين من السائل A مساحة الطبقة المتحركة، ۷ سرعة الطبقة المتحركة ل المسافة الفاصلة بين الطبقتين الساكنة والمتحركة. مطابع زمزم ΛΟ الفيزياء الصف الثانى الثانوى