សម្ភារៈសារធាតុរាវឋិតិវន្ត និងថាមវន្ត

សម្ភារៈសារធាតុរាវឋិតិវន្ត និងថាមវន្ត

សារធាតុរាវគឺជាប្រធានបទដ៏គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍មួយនៅក្នុងរូបវិទ្យា ព្រោះវាពាក់ព័ន្ធនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិ និងឥរិយាបថរបស់សារធាតុដែលអាចហូរបាន ដូចជាសារធាតុរាវ និងឧស្ម័ន។ ឋិតិវន្តសារធាតុរាវ និងឌីណាមិកសារធាតុរាវ គឺជាសាខាសំខាន់ពីរនៃការសិក្សាសារធាតុរាវ ដែលនីមួយៗមានលក្ខណៈ និងការអនុវត្តរៀងៗខ្លួន។ នៅក្នុងអត្ថបទនេះ យើងនឹងពិនិត្យឡើងវិញនូវមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃទ្រឹស្តីឋិតិវន្តសារធាតុរាវ និងទ្រឹស្តីឌីណាមិកសារធាតុរាវ ក៏ដូចជាឧទាហរណ៍មួយចំនួននៃការអនុវត្តរបស់ពួកគេនៅក្នុងជីវិតប្រចាំថ្ងៃ។

សារធាតុរាវឋិតិវន្ត

សារធាតុរាវឋិតិវន្ត គឺជាសារធាតុរាវដែលនៅស្ងៀម មានន័យថាវាមិនមានចលនាណាមួយឡើយ។ ការសិក្សាអំពីសារធាតុរាវឋិតិវន្តត្រូវបានគេហៅថា អ៊ីដ្រូស្តាទិច។ គោលគំនិតសំខាន់ៗមួយចំនួននៅក្នុងសារធាតុរាវឋិតិវន្តរួមមាន សម្ពាធអ៊ីដ្រូស្តាទិច គោលការណ៍ប៉ាស្កាល់ និងច្បាប់អាកស៊ីមេឌីស។

សម្ពាធអ៊ីដ្រូស្តាទិច

សម្ពាធនៅក្នុងសារធាតុរាវឋិតិវន្តគឺជាកម្លាំងដែលធ្វើសកម្មភាពក្នុងមួយឯកតាផ្ទៃ ហើយមានទំនោរធ្វើសកម្មភាពស្មើៗគ្នាគ្រប់ទិសដៅ។ សម្ពាធនេះបណ្តាលមកពីទម្ងន់នៃសារធាតុរាវនៅពីលើចំណុចសង្កេត។ សមីការសម្ពាធអ៊ីដ្រូស្តាទិចត្រូវបានបង្ហាញដូចខាងក្រោម៖

\[ P = P_0 + \rho gh \]

កន្លែងណា៖
-\(P\) គឺជាសម្ពាធនៅជម្រៅ\(h\)។
-\(P_0\) គឺជាសម្ពាធលើផ្ទៃ។
–\(\rho\) គឺជាដង់ស៊ីតេនៃសារធាតុរាវ។
-g គឺជាការបង្កើនល្បឿនដោយសារទំនាញផែនដី។
-\(h\) គឺជាជម្រៅ។

ឧទាហរណ៍សាមញ្ញមួយគឺសម្ពាធដែលអ្នកមុជទឹកមានអារម្មណ៍នៅពេលពួកគេមុជទឹកកាន់តែជ្រៅ។ អ្នកមុជទឹកកាន់តែជ្រៅ សម្ពាធដែលពួកគេមានអារម្មណ៍កាន់តែខ្លាំងដោយសារតែទម្ងន់ទឹកនៅពីលើពួកគេ។

គោលការណ៍របស់ប៉ាស្កាល់

គោលការណ៍របស់ប៉ាស្កាល់ចែងថា ការប្រែប្រួលសម្ពាធនៅកន្លែងណាមួយនៅក្នុងសារធាតុរាវដែលមានកម្រិតត្រូវបានបញ្ជូនស្មើៗគ្នាពាសពេញសារធាតុរាវ។ គោលការណ៍នេះមានការអនុវត្តជាក់ស្តែងជាច្រើន ដូចជានៅក្នុងប្រព័ន្ធធារាសាស្ត្រជាដើម។ ឧទាហរណ៍ នៅក្នុងម៉ាស៊ីនរុញធារាសាស្ត្រ កម្លាំងតូចមួយដែលបានអនុវត្តទៅលើពីស្តុងតូចមួយបង្កើតកម្លាំងធំមួយទៅលើពីស្តុងធំជាង។

ច្បាប់របស់អាកគីមេឌីស

ច្បាប់របស់អាកស៊ីមេឌីសចែងថា វត្ថុណាមួយដែលលិចនៅក្នុងសារធាតុរាវមួយផ្នែក ឬទាំងស្រុង នឹងជួបប្រទះនឹងកម្លាំងអណ្តែតឡើងលើស្មើនឹងទម្ងន់នៃសារធាតុរាវដែលត្រូវបានផ្លាស់ទីដោយវត្ថុ។ កម្លាំងអណ្តែតនេះត្រូវបានគេស្គាល់ថាជាកម្លាំងអណ្តែត។

\[ F_b = \rho g V \]

កន្លែងណា៖
–\( F_b\) គឺជាកម្លាំងលើក។
–\(\rho\) គឺជាដង់ស៊ីតេនៃសារធាតុរាវ។
-g គឺជាការបង្កើនល្បឿនដោយសារទំនាញផែនដី។
-V គឺជាបរិមាណសារធាតុរាវដែលត្រូវបានផ្លាស់ទីលំនៅ។

ឧទាហរណ៍មួយគឺនៅពេលដែលកប៉ាល់អណ្តែតលើទឹក។ កប៉ាល់អាចអណ្តែតបានពីព្រោះទម្ងន់នៃទឹកដែលវារុញចេញគឺស្មើនឹងទម្ងន់របស់កប៉ាល់ខ្លួនឯង ដែលបង្កើតជាកម្លាំងអណ្តែតឡើងលើ។

ឌីណាមិកសារធាតុរាវ

ក្រៅពីស្ថានភាពឋិតិវន្ត សារធាតុរាវច្រើនតែមានចលនា ឬហូរ។ ការសិក្សាអំពីឥរិយាបថរបស់សារធាតុរាវដែលមានចលនាត្រូវបានគេស្គាល់ថាជា អ៊ីដ្រូឌីណាមិក។ គោលគំនិតសំខាន់ៗមួយចំនួននៅក្នុងឌីណាមិកសារធាតុរាវរួមមាន សមីការបន្ត សមីការប៊ែរនូលី និងច្បាប់ណាវៀ-ស្តូក។

សមីការបន្ត

សមីការ​បន្ត​ចែង​ថា​នៅ​ក្នុង​លំហូរ​សារធាតុរាវ​ដែល​មិន​អាច​បង្ហាប់​បាន អត្រា​លំហូរ​ម៉ាស់​ចូល​ត្រូវ​តែ​ស្មើ​នឹង​អត្រា​លំហូរ​ម៉ាស់​ចេញ​។ សមីការ​នេះ​អាច​ត្រូវ​បាន​បង្ហាញ​ដូច​ខាង​ក្រោម​៖

\[ A_1 v_1 = A_2 v_2 \]

កន្លែងណា៖
–\( A_1\) និង \( A_2\) គឺជាផ្ទៃកាត់ត្រង់ចំណុចទី 1 និងទី 2។
–\( v_1\) និង \( v_2\) គឺជាល្បឿនលំហូរនៅចំណុចទី 1 និងទី 2។

ឧទាហរណ៍មួយគឺទុយោទឹកដែលមានចុងតូចចង្អៀត។ នៅពេលដែលទុយោត្រូវបានច្របាច់នៅចុង ទឹកហូរចេញលឿនជាងមុន ពីព្រោះផ្ទៃកាត់នៅចុងទុយោមានទំហំតូចជាង។

សមីការ Bernoulli

សមីការ Bernoulli ចែងថា នៅក្នុងលំហូរសារធាតុរាវដែលមិនអាចបង្ហាប់បាន និងគ្មានការកកិត បរិមាណថាមពលមេកានិច (សម្ពាធ ថាមពលចលនា និងថាមពលសក្តានុពល) ក្នុងមួយឯកតាបរិមាណគឺថេរ។ សមីការនេះត្រូវបានសរសេរដូចខាងក្រោម៖

\[ P + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho gh = \text{constant} \]

កន្លែងណា៖
-\(P\) គឺជាសម្ពាធសារធាតុរាវ។
–\(\rho\) គឺជាដង់ស៊ីតេនៃសារធាតុរាវ។
–\(v\) គឺជាល្បឿនលំហូរសារធាតុរាវ។
-g គឺជាការបង្កើនល្បឿនដោយសារទំនាញផែនដី។
–\(h\) គឺជាកម្ពស់ពីលើចំណុចយោង។

ឧទាហរណ៍​មួយ​ក្នុង​ពិភព​ពិត​នៃ​សមីការ Bernoulli គឺ​ស្លាប​យន្តហោះ។ រូបរាង​ស្លាប​យន្តហោះ​ត្រូវ​បាន​រចនា​ឡើង​ដើម្បី​ឲ្យ​ខ្យល់​ដែល​ហូរ​លើ​ស្លាប​មាន​ល្បឿន​លឿន​ជាង​ខ្យល់​នៅ​ខាងក្រោម​ស្លាប។ នេះ​បណ្តាល​ឲ្យ​មាន​សម្ពាធ​ខ្ពស់​ជាង​នៅ​ខាងលើ​ស្លាប​ជាង​នៅ​ខាងក្រោម ដែល​បង្កើត​ឲ្យ​មាន​ការ​លើក​ឡើង​លើ​ដែល​អនុញ្ញាត​ឲ្យ​យន្តហោះ​ហោះហើរ​បាន។

ច្បាប់ Navier-Stokes

ច្បាប់ Navier-Stokes គឺជាសំណុំនៃសមីការដែលពិពណ៌នាអំពីចលនារបស់សារធាតុរាវ។ សមីការទាំងនេះមានភាពស្មុគស្មាញ និងពាក់ព័ន្ធនឹងការវិភាគគណិតវិទ្យាស្មុគស្មាញ ប៉ុន្តែវាជាមូលដ្ឋានសម្រាប់ការយល់ដឹងអំពីឌីណាមិកសារធាតុរាវ។ ច្បាប់ទាំងនេះមានទម្រង់ជា៖

\[ \rho \left( \frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v} \right) = -\nabla P + \mu \nabla^2 \mathbf{v} + \mathbf{f} \]

កន្លែងណា៖
–\(\rho\) គឺជាដង់ស៊ីតេនៃសារធាតុរាវ។
–\(\mathbf{v}\) គឺជាល្បឿនលំហូរសារធាតុរាវ។
–\(\mu\) គឺជា viscosity ថាមវន្តនៃសារធាតុរាវ។
–\(\mathbf{f}\) គឺជាកម្លាំងខាងក្រៅក្នុងមួយឯកតាបរិមាណ។

សមីការទាំងនេះគឺជាមូលដ្ឋាននៃកម្មវិធីវិស្វកម្មជាច្រើន រួមទាំងការធ្វើគំរូលំហូរខ្យល់ជុំវិញយានយន្ត លំហូរឈាមនៅក្នុងនាវា និងការចែកចាយប្រេងនៅក្នុងបំពង់បង្ហូរប្រេង។

កម្មវិធីសារធាតុរាវឋិតិវន្ត និងថាមវន្ត

គោលគំនិតនៃឋិតិវន្ត និងឌីណាមិកសារធាតុរាវត្រូវបានអនុវត្តនៅក្នុងវិស័យផ្សេងៗដូចជា វិស្វកម្មសំណង់ស៊ីវិល វិស្វកម្មមេកានិច វេជ្ជសាស្ត្រ ឧតុនិយម និងបរិស្ថាន។ ការអនុវត្តជាក់ស្តែងមួយចំនួនរួមមាន៖

១. ការរចនាទំនប់ និងអាងស្តុកទឹក៖ ប្រើប្រាស់គោលការណ៍នៃសម្ពាធអ៊ីដ្រូស្តាទិច និងច្បាប់របស់អាកគីមេឌីស ដើម្បីធានាបាននូវស្ថេរភាពនៃរចនាសម្ព័ន្ធក្រោមសម្ពាធទឹក។

2. ប្រព័ន្ធធារាសាស្ត្រ៖ ការប្រើប្រាស់គោលការណ៍របស់ Pascal ក្នុងហ្វ្រាំងធារាសាស្ត្រនៃយានយន្ត និងឧបករណ៍សំណង់។

៣. អាកាសចរណ៍៖ ការអនុវត្តសមីការ Bernoulli ទៅលើការរចនាស្លាបយន្តហោះដើម្បីបង្កើតការលើក។

៤. ការធ្វើគំរូអាកាសធាតុ៖ ការប្រើប្រាស់ច្បាប់ Navier-Stokes ជួយព្យាករណ៍ពីលំនាំខ្យល់ និងបាតុភូតអាកាសធាតុផ្សេងៗទៀត។

៥. វេជ្ជសាស្ត្រ៖ ការវិភាគលំហូរឈាមដោយប្រើគោលការណ៍ឌីណាមិកសារធាតុរាវសម្រាប់ការធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យជំងឺសរសៃឈាមបេះដូង។

សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

ការយល់ដឹងអំពីមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃឋិតិវន្ត និងឌីណាមិកសារធាតុរាវ គឺមានសារៈសំខាន់ណាស់នៅក្នុងកម្មវិធីវិទ្យាសាស្ត្រ និងវិស្វកម្មជាច្រើនប្រភេទ។ តាមរយៈការយល់ដឹងអំពីលក្ខណៈសម្បត្តិ និងឥរិយាបថរបស់សារធាតុរាវ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រ និងវិស្វករអាចរចនា និងអភិវឌ្ឍបច្ចេកវិទ្យាដែលមានប្រសិទ្ធភាព និងសុវត្ថិភាពជាងមុន ចាប់ពីយន្តហោះរហូតដល់ឧបករណ៍វេជ្ជសាស្ត្រ។ ឋិតិវន្តសារធាតុរាវផ្តល់នូវការយល់ដឹងអំពីរបៀបដែលសារធាតុរាវមានឥរិយាបទនៅពេលសម្រាក ខណៈពេលដែលឌីណាមិកសារធាតុរាវបង្ហាញពីភាពស្មុគស្មាញនៃឥរិយាបទសារធាតុរាវនៅក្នុងលំហូរ។ ទាំងពីរគឺជាសសរស្តម្ភសំខាន់ៗនៃវិស័យរូបវិទ្យាដែលមានការវិវត្តឥតឈប់ឈរ។