fluiddekphysics.com/webmastertalk/m5/fluid.pdf · v' tx 1 auav 2 t' x 2 u 1 1 u 2 2 q? a...
TRANSCRIPT
Fluid
www.dekphysics.com
ความหนาแนน ความดนและแรงดนในของเหลว
แรงดนและความดนทกดกนภาชนะ แรงดนและความดนทดนพนดานขางภาชนะ
กฏของปาสคาล แรงลอยตวและหลกของอารคมดส แรงตงผวและแรงหนด
แรงตงผว แรงหนด กฏของสโตกส
พลศาสตรของไหล สมบตของของไหล อตราการไหล หลกของแบรนลล
ความหนาแนน
www.dekphysics.com
V
m
ความหนาแนน (Density) คออตราสวนระหวางมวลตอปรมาตรของสาร
หนวยในระบบ SI เปน kg/m3
ความถวงจ าเพาะหรอความหนาแนนสมพทธ (Specific Gravity or Relative Density) คออตราสวนระหวางความหนาแนนของสารตอความหนาแนนของน า
OH
S
2
substance
3
OH kg/m1,0002
ความดนและแรงดนในของเหลว
www.dekphysics.com
F1
F2
A
FP
ความดนหรอความกดดน (Pressure)คอ แรงทกระท าตอพนทผวของวตถในแนวตงฉาก
หนวยในระบบ SI เปน N/m2, Pascal (Pa)
แรงดนกคอ น าหนกของของไหลทอยเหนอพ นทA นนเอง
mgF
ความดนบรรยากาศ (Pa) คอ ความดนบรรยากาศของโลกซงเปนความดนดานลาง ของอากาศทเราอาศย จะมคาเปลยนแปลงตามลมฟาอากาศและความสง
กลาวถง..ความดนบรรยากาศ เราจะเขาใจวาอยางไรบาง…
ความดนบรรยากาศปกต ระดบน าทะเล คาเฉลยคอ 1 บรรยากาศ (1 atm) 1 atm = 1.013x105 Pa
h hลก P 𝛼 ℎ
แรงดนและความดนทกดกนภาชนะ
ghPP
AhgAPPA
VgAPPA
MgAPPA
F
o
o
o
o
y
0
0
0
0wo total
PPP
wo absolutePPP
ghPP o absolute
กรณของเหลวทบรรจอยในภาชนะเปด
ของไหลอย นงในสมดลสถต แรงลพธทกระท ำตอแทง ของไหลมคำเปนศนย
ความดนในของเหลวชนดเดยวกนทระดบลกเดยวกนมคาเทากนเสมอ โดยรปทรงของภาชนะทบรรจไมมผลใดๆตอความดน
การวดความดน “เมอของไหลอยในสมดล ความดนของของไหลชนดเดยวกน ทระดบเดยวกนจะเทากน” “เมอของไหลอยในสมดล ความดนของของไหลชนดเดยวกน ทระดบเดยวกนจะเทากน”
BAPP
21gyPgyP
o
12gygyPP
o
)(12
yygPPo
ghPPo
ghPPo
เรยก วา ความดนสมบรณ (Absolute Pressure) ghPPo
P
เรยก วา ความดนเกจ (Gauge Pressure) หรอ o
PP gP
“Open tube manometer”
A B
การวดความดน “เมอของไหลอยในสมดล ความดนของของไหลชนดเดยวกน ทระดบเดยวกนจะเทากน”
“Mercury Barometer”
BAPP
210 gygyP
atm
A B
atmP
12gygyP
atm
)(12
yygPatm
ghPatm
760 mm
25
3
23
3
/1001.1
)10760)(8.9)(106.13(
mNP
ms
m
m
kgP
atm
atm
“ความสงของล าปรอท 760 mm เราจะเรยกความดนเทากบ 760 mmHg”
แรงดนและความดนทดนผนงดานขาง
𝑃บนสด
𝑃ลางสด
APP
Fbottomtop
]2
[
0g
P
“กรณก าแพงการค านวณสามารถตดความดนบรรยากาศออกไดเนองจากมความดนทงสองฝงของระนาบ”
APFav
ghAF 2
1
Agh
F ]2
0[
2
2
1gLhF
แรงดนและความดนทดนผนงดานขาง ghAF
2
1
)(2
1LhghF
แรงดนและความดนทดนผนงดานขาง[เขอนเอยง]
x
APFav lx
gh
2
lhgh
sin2
sin2
2 lgh
sin2
2glhF
Fแรงในแนวตงฉากพนเอยง
แรงในแนวระดบ
แรงในแนวตงฉากพนเอยง
กฏของปาสคาล
www.dekphysics.com
“ถามของไหลบรรจอยในภาชนะทอยนง เมอใหความดนเพมเขาไปแกของไหล ณ ต าแหนงใดๆ ความดนทเพมขนจะถายทอดไปทกๆ จดในของเหลวนน”
1
11
A
FP
2
22
A
FP
21 PP
2
2
1
1
A
F
A
F
แรงลอยตวและหลกของอารคมดส
www.dekphysics.com
“แรงลอยตวจะมคาเทากบ น าหนกของของเหลวทถกแทนท หรอเทากบน าหนกของของเหลวซงมปรมาตรเทากบปรมาตรของวตถสวนทจม”
แรงลอยตวและหลกของอารคมดส
www.dekphysics.com
1h
2h h
1F
2F
PAF
AghF22
AghF11
12FFF
B
AghAgh12
Ahhg )(12
submergedobBgVF
.
F2>F1 :ยงลกความดนมาก gmgVgVF
B liquidliquidliquidoliquid
ปรมาตรวตถสวนทจม จะเทากบปรมาตรของเหลวทลน
“แรงลอยตว จงมคาเทากบน าหนกของของเหลวทถกแทนท”
สนใจแรงลพธทของเหลวกระท าตอวตถ
oV L
V
แรงลอยตวและหลกของอารคมดส
www.dekphysics.com
วตถลอยนงอยในของเหลวอยางสมดล แรงลพธทกระท าตอวตถเปนศนย
0F
0WFB
gmFobjectB
“แรงลอยตว เทากบ น าหนกของวตถ” B
F
W
www.dekphysics.com
แรงลอยตวและหลกของอารคมดส
แรงลอยตว
“แรงลอยตวจะมคาเทากบ น าหนกของของเหลวทถกแทนท”
“แรงลอยตวเทากบน าหนกของของเหลวซงมปรมาตรของเหลวทลนเทากบปรมาตรของวตถสวนทจม”
gmgVgVFB LLLoL
gmFB L
“แรงลอยตวจะมคาเทากบ น าหนกของวตถ”
gmFoB
แรงตงผวและแรงหนด
www.dekphysics.com “ดงขน F ทศลง” “วาง F ทศขน”
การทจงโจลอยอยบนผวน านน แสดงวาตอง มแรงทพยายามยดผวหนาของน าไมใหแยกออกจากกน แรงนเรยกวา แรงตงผว (surface tension force)
แรงตงผว
LF แรงตงผว มหนวยเปน N
“แรงตงผว คอ แรงซงพยายามจะยดผวของของเหลวเอาไว แรงตงผวจะมทศขนานผวของเหลวและตงฉากกบเสนขอบของวตถทสมผสของเหลว”
ความตงผว มหนวยเปน N/m
L
F
L คอ ความยาวผวสมผส หนวยเปน m
แรงหนด “แรงหนด คอ แรงตานการเคลอนทของวตถภายในของเหลว”
𝑚𝑔 − 𝐹𝐵 − 𝐹หนด = 𝑚𝑎
𝐹𝐵 + 𝐹หนด = 𝑚𝑔
𝑚𝑔
𝐹𝐵
𝑚𝑔
𝐹𝐵 𝐹หนด
𝑚𝑔
𝐹𝐵 𝐹หนด
𝐹หนด
กฏของสโตกส กฎของสโตกส (Stoke‘s Law) ในการทดลองปลอยลกกลมโลหะตกในของเหลวชนดหนงๆ ในแนวดงพบวาแรงตานจากความหนด (แรงหนด) ทกระท าตอวตถแปรผนตรงกบความเรวของวตถทเคลอนทในของเหลว
vF
kvF
rk 6
k เปนคาคงท (ขนอยกบรปทรงของวตถ)
rvF 6
พลศาสตรของไหล
www.dekphysics.com
สมบตของของไหล
• การไหลมการคงตว • ไมมการหมนวน • ไมมความหนด • ไมสามารถบบอดได
อตราการไหล “ผลคณระหวางพนทหนาตดซงของเหลวไหลผานกบอตราเรวของไหลทผาน ไมวาจะเปนต าแหนงใดในหลอดการไหลมคาคงท คาคงทนเรยก อตราการไหล (Q)”
“พจารณาอตราการไหลเชงปรมาตรจะไดวา ”
“เมอมการไหลในทอของไหลมวลจะไมเปลยน” มวลของไหลทไหลเขา=มวลของไหลทไหลออก
21 mm
21 VV
2211 xAxA
tvAtvA 2211
2211 vAvA
21 QQ AvQ t
VQ
“ของไหลผานพนท A ดวยอตราเรว v ในเวลา t จะไดระยะทาง ” tvx
xAV
tAvV
กฏทรงมวล
หลกของแบรนลล
แรงดน : F1 = P1𝐴1
งานจากแรงดน W1 = F1∆l1 W1 = P1(A1∆l1) W1 = P1V พลงงานจลนของของไหล
E𝑘1=
1
2m 𝑣2
แรงดน : F2 = P2A2
งานจากแรงดน W2 = −F2∆l2 ;(-)แรงตรงขามการกระจด
W2 = −P2(A2∆l2) W2 = −P2V พลงงานจลนของของไหล
E𝑘2=
1
2m 𝑣2
งานจากแรงโนมถวง Wmg = −mg h2 − h1 (-)แรงโนมถวง ตรงขามการกระจด
ทฤษฏบทงานและพลงงานจลน งานทงหมดทกระท าตอระบบ = พลงงานจลนรวมของระบบทเปลยนไป W = ∆E𝑘 W1 + W2+Wmg= E𝑘2
− E𝑘1
2
1
2
212212
1
2
1))(()( mvmvhhmgVPVP
2
1
2
212212
1
2
1))(()( mvmvhhmg
mP
mP
W1 = P1V
W2 = −P2V
Wmg = −mg (h2 − h1)
2
1
2
212212
1
2
1))(()
1(
1vvhhgPP
2
1
2
212212
1
2
1))(()( vvhhgPP
2
1
2
212212
1
2
1vvhghgPP
2
2
221
2
112
1
2
1ghvPghvP
สนกกบของไหล