تعريف ممانعة السائل للجريان

كتابة: ماريان ابونجم آخر تحديث: 24 مايو 2022 , 17:39

تسمى ممانعة السائل للجريان أو الانسياب

يشار إلى حركة السوائل والغازات باسم “التدفق” أو “الانسياب“، وهو مفهوم يوضح كيفية تصرف السوائل وكيفية تفاعلها مع البيئة المحيطة بها. على سبيل المثال ، يتحرك الماء عبر قناة أو أنبوب ، أو فوق سطح. يمكن أن يكون التدفق ثابتًا أو غير مستقر .

أنواع تدفق السوائل

  • تبسيط التدفق.
  • تدفق الصفحي.
  • الجريان المضطرب.

تبسيط تعريف التدفق: يسمى تدفق السائل الذي تأتي فيه كل جزيء منه نفس المسار الذي تتبعه الجسيمات السابقة التدفق الانسيابي، لا يمكن أن يتقاطع خطان مع بعضهما البعض، وكلما ارتفاع ازدحام خطوط الانسيابية في مكان معين، رفع سرعة السائل في ذلك المكان والعكس صحيح.

 تعريف التدفق الصفحي: ويعرف التدفق الدائم للسائل على سطح أفقي في شكل طبقات ذات سرعات متنوعة بالتدفق الرقائقي، يتم استعمال التدفق الرقائقي بشكل مترادف مع التدفق الانسيابي للسائل.

 تعريف التدفق المضطرب: يكون تدفق السائل له سرعة كبيرة من سرعته الحرجة مضطربًا ويعرف التدفق المضطرب، في حالة التدفق المضطرب، يتم إنفاق أقصى جزء من الطاقة الخارجية لإنتاج دوامات داخل السائل ويتوفر جزئية صغيرة من الطاقة الخارجية للتدفق الأمامي.

الديناميكا المائية: في الفيزياء قد تشرح الديناميكا المائية لديناميكا الموائع آلية السوائل مثل تدفق السوائل والغازات، وفيها مجموعة كبيرة من التطبيقات مثل تقييم القوى والزخم على الطائرات، والتنبؤ بالطقس، وما إلى هذا.[1]

من خصائص السائل

  • غير قابلة للضغط.
  • ثبات الحجم.
  • السوائل لها نقاط غليان.

السوائل تكاد تكون غير قابلة للضغط، في السوائل تصبح الجزيئات قريبة جدًا من بعضها البعض، ولا تحتوي الجزيئات على مساحة ضخمة بينهما، ولا يمكن أن تقترب الجزيئات من بعضها البعض.

السوائل لها حجم ثابت ولكن ليس لها شكل ثابت، ولها حجم ثابت وليس لها شكل ثابت أو محدد، فإذا تناولت 100 مل من الماء، صب الماء في كوب ، فسيأخذ شكل الكوب، وإذا صب السائل من الكوب إلى الزجاجة، تغير شكل السائل وأصبح الآن شكل الزجاجة.

تتدفق السوائل من المستوى الأعلى إلى المستوى الأدنى، السوائل لها نقاط غليانها على درجة حرارة الغرفة، في ظل الظروف العادية، وقد تتحول السوائل عند التسخين ببطء إلى بخار أو طور غازي، وهذه العملية تعرف بالغليان.[2]

من خصائص السائل أنه ليس له شكل ثابت ولا حجم ثابت

أن الحالة السائلة للمادة تملك حجم ثابت، من حيث الحجم المشغول، كما تحتل حالة المادة مساحة أو حجمًا ثابتًا، ويشتمل السائل على عدد ثابت من الجزيئات، بصرف النظر عن الحاوية الموضوعة فيه، في حالة عدم توفر إضافة أو حذف للسائل في الحاوية.

تأتي السوائل بحجمًا ثابتًا ولكن ليس لها شكل ثابت. وذلك لأن الجسيمات في الحالة السائلة ليست معبأة بصورة وثيقة وكذلك مرتبة بشكل غير منظم، وتوجد مسافات بين الجسيمات بمعنى أن الجسيمات مرتبطة بقوى جاذبية داخل الجزيئات فضفاضة. يمكن للجسيمات أن تتحرك معًا في اتجاه غير منظم فيما يتعلق بالحالة الصلبة للمادة.[3]

ماهو السبب في سهولة تغير شكل السائل

يأخذ السائل شكل الحاويات نتيجة أن قوى الالتصاق أكبر من قوى التمساك، أما معنى كل من الالتصاق والتماسك فهو كالتالي:

التماسك: هو ميل نفس النوع من الجسيمات للانجذاب إلى بعضها البعض، وهذا “الالتصاق” المتماسك مسؤول عن التوتر السطحي للسائل، فيمكن اعتبار التوتر السطحي بمثابة “جلد” رقيق للغاية من الجسيمات التي تنجذب بقوة إلى بعضها البعض أكثر من الجسيمات المحيطة بها، وطالما أن قوى الجذب هذه غير مضطربة ، يمكن أن تكون قوية بشكل مذهل، على سبيل المثال، التوتر السطحي للماء كبير بما يكفي لتحمل وزن حشرة مثل ربان الماء. الماء هو السائل غير المعدني الأكثر تماسكًا ، وفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، وتكون قوى التماسك أكبر ما تكون تحت سطح السائل، حيث تنجذب الجزيئات لبعضها البعض من جميع الجوانب، تنجذب الجسيمات الموجودة على السطح بقوة أكبر إلى الجسيمات المتطابقة داخل السائل أكثر مما تنجذب إلى الهواء المحيط، يفسر هذا ميل السوائل إلى تكوين الكرات  وهو الشكل الذي يحتوي على أقل مساحة من السطح. عندما تتشوه هذه الكرات السائلة بفعل الجاذبية ، فإنها تشكل شكل قطرة المطر الكلاسيكي.

الالتصاق: يحدث الالتصاق حين تتواجد قوى الجذب بين أنواع متعددة من الجسيمات، فلن تنجذب جزيئات السائل إلى بعضها البعض فحسب، بل ستنجذب عمومًا إلى الجزيئات التي تتكون منها الحاوية التي تحتوي على السائل، ويتم سحب جزيئات السائل على مستوى سطح السائل في الحواف حيث تكون على اتصال بجوانب الحاوية، وهذا معناه الجمع بين قوى التماسك والالتصاق وجود منحنى مقعر خفيف، يُعرف باسم الغضروف المفصلي، وعلى سطح معظم السوائل. سيتم ملاحظة القياس الأكثر دقة لحجم السائل في الأسطوانة المتدرجة عن طريق النظر إلى علامات الحجم الأقرب إلى أسفل هذا الغضروف المفصلي.

يفسر الالتصاق أيضًا العمل الشعري حين يتم سحب السائل في أنبوب ضيق جدًا، وأحد الأمثلة على عمل الشعيرات الدموية هو عندما يقوم شخص ما بجمع عينة من الدم عن طريق لمس أنبوب زجاجي صغير لقطرة الدم الموجودة على طرف إصبع وخز.[4]

تحول المادة من الحالة الغازية للحالة السائلة خلال عملية

  • حجم الغاز يزيد بنحو 1600 مرة عن حجم السائل بوزن متساوٍ.
  • ضغط الغاز يقوم بعمل السائل.
  • التكثيف المفاجئ للغاز إلى سائل.

قد يكون من المذهل إلى حد ما معرفة أنه لا يوجد تمييز رئيسي ما بين الغاز والسائل، وقد تمت الإشارة أعلاه إلى أن حجم الغاز يزيد بنحو 1600 مرة عن حجم السائل بوزن متساوٍ، السؤال الذي يطرح ذاته حول سلوك الغاز الذي تم ضغطه إلى 1/600 من حجمه من خلال تطبيق ضغط عالٍ بدرجة وافية، إذا تم تنفيذ هذا الضغط على درجة حرارة معينة تسمى درجة الحرارة الحرجة، والتي تختلف لكل غاز، فلن يحدث أي تغيير في الطور، وتكون المادة الناتجة عبارة عن غاز كثيف مثل السائل.

إذا تم الضغط عند درجة حرارة ثابتة أقل من درجة الحرارة الحرجة قد تحدث ظاهرة مذهلة فعند ضغط معين يظهر السائل فجأة، وتؤدي محاولات ضغط الغاز إلى رفع كمية السائل الموجود وتقليل كمية الغاز، مع بقاء الضغط ثابتًا حتى يتم تحويل كل الغاز إلى سائل، كما يجب أن يرتفع الضغط المطبق لاحقًا بشكل كبير لتقليل الحجم أكثر وهذا لأن السوائل أقل انضغاطًا من الغازات.

التكثيف المفاجئ للغاز إلى سائل لا يبدو عادةً مذهلاً لأنه شائع جدًا، كل شخص تقريبًا لديه ماء مغلي فعلى سبيل المثال ، وهي العملية العكسية، ولكن من وجهة نظر النظرية الحركية الجزيئية للغازات، فإنها تمثل لغزًا ولكن لا يزال هناك نقص في التفسير بمعنى أنه لم يتمكن أحد من إظهار أنه يجب أن يحدث، مع الأخذ في الاعتبار القوى بين الجزيئات وحقيقة أن حركتها موصوفة بواسطة الميكانيكا العادية، كما يظل التكثيف وهو مثال على انتقال طور من الدرجة الأولى، أحد المشكلات العالقة التي لم يتم حلها في الفيزياء الإحصائية.[5]

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى