دروس أساسية في الفيزياء

مقال عن معادلة بويزوي

اكتشف جان لويس ماري بويزوي (1799-1869) معادلة بويزوي. وكما هو موضح، يمكن اعتبار كل سائل سائلاً مثالياً. السائل المثالي عديم اللزوجة. إذا افترضنا أن سائلاً مثالياً يتدفق في أنبوب، فإن كل جزء منه يتحرك بنفس السرعة (v). على عكس السائل المثالي، فإن السوائل الحقيقية التي نصادفها في حياتنا اليومية لها لزوجة. ولأنها ذات لزوجة، فإن سرعة كل جزء منها تختلف عند تدفقها في أنبوب، على سبيل المثال. تتحرك طبقة السائل الموجودة في المنتصف بسرعة أكبر (v منخفضة)، بينما لا تتحرك طبقة السائل الملتصقة بالأنبوب (v = 0). لذا، من منتصف الأنبوب إلى حافته، يتحرك كل جزء من السائل بسرعات مختلفة. لتسهيل فهمك، انظر إلى الصورة أدناه.

اقراء المزيد

تختلف السوائل، سواء كانت سائلة أو غازية، في مستويات لزوجتها. اللزوجة هي الاحتكاك بين جزيئات السائل. لذا، تُحدث هذه الجزيئات احتكاكًا أثناء جريان السائل. في السوائل، تنشأ اللزوجة من قوى التماسك (قوى الشد بين الجزيئات المتشابهة). أما في الغازات، فتنشأ اللزوجة من تصادم الجزيئات.

يسهل تدفق السوائل، كالماء مثلاً. وعلى النقيض، يصعب تدفق السوائل الكثيفة، كالمواد المزلقة مثلاً. يمكنك إثبات ذلك بسكب الماء والمواد المزلقة على سطح مائل، حيث يتدفق الماء أسرع من الزيت. كما تعتمد لزوجة السائل على درجة حرارته؛ فكلما ارتفعت درجة حرارة السائل، قلت لزوجته. فعلى سبيل المثال، عندما تقلي الأم السمك في المطبخ، يصبح زيت الطهي، الذي يكون كثيفاً في البداية، أكثر سيولة عند تسخينه. وعلى العكس، كلما ارتفعت درجة حرارة الغاز، زادت لزوجته.

اقراء المزيد

قوة التماسك والالتصاق

قوة التماسك هي قوة تجاذب بين جزيئات مادة متشابهة، بينما تُسمى قوة التجاذب بين جزيئات مادة غير متشابهة بقوة الالتصاق. على سبيل المثال، عندما نسكب الماء في كوب، يحدث التماسك عندما تتجاذب جزيئات الماء، بينما يحدث الالتصاق عندما تتجاذب جزيئات الماء وجزيئات الكوب.

اقراء المزيد

هل سبق لك أن لعبت لعبة فقاعات الصابون؟ فقاعات الصابون مستديرة. مضحكة. يمكن نفخها. بعد أن تطير، تنفجر فقاعات الصابون. يا لها من لعبة ممتعة، لعبة من ألعاب الطفولة. لماذا فقاعات الصابون مستديرة؟

استيقظ صباحًا، ثم انظر إلى الأوراق المتساقطة حول المنزل. تأمل قطرات الندى الملتصقة بها. إنه لأمر غريب؛ قطرات الندى مستديرة. كيف يمكن أن تكون كذلك؟

يحدث التوتر السطحي لأن سطح السائل يميل إلى التماسك، فيبدو كغشاء رقيق. ويتأثر هذا بقوة التماسك بين جزيئات الماء. لفهم هذا التفسير بشكل أفضل، انظر إلى الرسم التوضيحي التالي. سنستعرض السائل في وعاء.

اقراء المزيد

مقال عن مبدأ أرخميدس

لا تغرق السفينة ذات الكتلة الهائلة، بينما قد يغرق الحجر الصغير. لماذا؟ الإجابة واضحة إذا فهمت مفهوم الطفو ومبدأ أرخميدس.

في حياتنا اليومية، نلاحظ أن الأجسام المغمورة في سائل، كالصخرة مثلاً، تكون أخف وزناً من الأجسام غير المغمورة. قد تجد صعوبة في رفع حجر من الأرض، بينما يرتفع الحجر نفسه بسهولة من قاع البحر. يعود ذلك إلى قوة الطفو. تنشأ قوة الطفو نتيجة لاختلاف ضغط السائل باختلاف الأعماق. يزداد ضغط السائل مع العمق، فكلما زادت كثافة السائل، زاد ضغطه. عند غمر جسم في سائل، ينشأ فرق في الضغط بين السائل أعلى الجسم والسائل أسفله. يكون ضغط السائل أسفل الجسم أعلى من ضغط السائل أعلاه.

اقراء المزيد

مقال عن مبدأ باسكال

كيف يعمل نظام الرفع الهيدروليكي لرفع السيارة؟ وما هو مبدأ عمل المكابح الهيدروليكية لتقليل سرعة السيارة؟ يُرجى الاطلاع على مبدأ باسكال لفهم ذلك.

كل سائل يمارس ضغطاً على جميع الأجسام الملامسة له. فالماء الذي نضعه في الكأس يمارس ضغطاً على جدار الكأس. وبالمثل، إذا استحممنا في حوض سباحة أو ماء البحر، فإن ماء المسبح أو ماء البحر يمارس ضغطاً على كامل أجسامنا.

اقراء المزيد

مقال عن الضغط في السوائل

في الفيزياء، يُعرَّف الضغط بأنه القوة المؤثرة على وحدة المساحة، ويكون اتجاه القوة عموديًا على مساحة السطح. رياضيًا، يُعبَّر عن الضغط بالمعادلة P = F / A، حيث P = الضغط، F = القوة، و A = مساحة السطح. وحدة قياس القوة (F) هي نيوتن (N)، ووحدة قياس المساحة هي المتر المربع (م² ⁾ . ولأن الضغط هو القوة المؤثرة على وحدة المساحة، فإن وحدة قياس الضغط هي نيوتن/م² ^. يُعرف نيوتن/م² أيضًا باسم ^باسكال (Pa). وقد استُخدمت وحدة باسكال لقياس الضغط تكريمًا لبليز باسكال.

اقراء المزيد

مقال عن الكثافة والوزن النوعي

كثافة

إحدى الخصائص المهمة للمادة هي الكثافة. الكثافة هي نسبة الكتلة إلى الحجم. وتُكتب رياضياً على النحو التالي:

ρ = م / ف

ρ (رو) حرف يوناني يُستخدم عادةً للتعبير عن الكثافة، حيث m الكتلة وV الحجم. تختلف كثافة السوائل المتجانسة عن كثافة المواد الصلبة المتجانسة. فالحديد، على سبيل المثال، له نفس الكثافة في جميع أجزائه. في الغلاف الجوي للأرض، كلما ارتفع الغلاف الجوي عن سطح الأرض، قلت كثافته، بينما في مياه البحر، كلما زاد العمق، زادت كثافتها. وتعتمد كثافة السوائل المتجانسة على عوامل بيئية مثل درجة الحرارة والضغط.

اقراء المزيد

مقال حول تطبيقات مبدأ برنولي ومعادلة برنولي

نظرية توريتشيلي

تتمثل إحدى استخدامات معادلة برنولي في حساب سرعة خروج السائل من أسفل الحاوية (انظر الشكل).

نطبق معادلة برنولي عند النقطة 1 (سطح الوعاء) والنقطة 2 (سطح الفتحة). ولأن قطر الفتحة في قاع الوعاء أصغر بكثير من قطر الوعاء نفسه، تُعتبر سرعة السائل على سطح الوعاء صفرًا (v₁ ₌ 0). وبما أن سطح الوعاء وسطح الفتحة مفتوحان، فإن الضغط يساوي الضغط الجوي (P₁ ₌ P₂ ₎ . وبالتالي، فإن معادلة برنولي في هذه الحالة هي:

اقراء المزيد

مقال حول مبدأ برنولي ومعادلة برنولي

عندما نركب دراجة نارية، تنتفخ ملابسنا للخلف. أحيانًا، إذا هبت الرياح بقوة، قد يُغلق الباب من تلقاء نفسه. مع أن الرياح تهب خارج المنزل، بينما الباب داخله.

يمكن تفسير ذلك باستخدام مبدأ برنولي. اكتشف دانيال برنولي (1700-1782) مبدأً يمكن استخدامه لتفسير الظاهرة المذكورة أعلاه.

مبدأ برنولي

اقراء المزيد