قوة الاحتكاك اللزج. دراسة قوى الاحتكاك اللزج قوة المقاومة عند التحرك في وسط لزج
![قوة الاحتكاك اللزج. دراسة قوى الاحتكاك اللزج قوة المقاومة عند التحرك في وسط لزج](https://i1.wp.com/helpiks.org/helpiksorg/baza6/271240066104.files/image004.gif)
هدف: دراسة ظاهرة الاحتكاك اللزج وإحدى طرق تحديد لزوجة السوائل.
الآلات والاكسسوارات: كرات بأقطار مختلفة ، ميكرومتر ، فرجار ، مسطرة.
عناصر النظرية وطريقة التجربة
جميع السوائل والغازات الحقيقية لها احتكاك داخلي ، يسمى أيضًا اللزوجة. تتجلى اللزوجة ، على وجه الخصوص ، في حقيقة أن الحركة التي نشأت في سائل أو غاز بعد توقف الأسباب التي تسببت فيه ، تتوقف تدريجياً. من التجربة اليومية ، على سبيل المثال ، من المعروف أنه من أجل إنشاء والحفاظ على تدفق ثابت للسائل في الأنبوب ، من الضروري وجود فرق ضغط بين طرفي الأنبوب. نظرًا لأن السائل يتحرك في تدفق ثابت دون تسارع ، فإن الحاجة إلى عمل قوى الضغط تشير إلى أن هذه القوى متوازنة ببعض القوى التي تبطئ الحركة. هذه القوى هي قوى احتكاك داخلي.
يمكن التمييز بين وضعين رئيسيين لتدفق السائل أو الغاز:
1) رقائقي.
2) مضطرب.
في نظام التدفق الصفحي ، يمكن تقسيم تدفق السائل (الغاز) إلى طبقات رقيقة ، يتحرك كل منها في التدفق العام بسرعته الخاصة ولا يختلط مع الطبقات الأخرى. التدفق الصفحي ثابت.
في النظام المضطرب ، يصبح التدفق غير مستقر - تتغير سرعة الجسيمات في كل نقطة في الفضاء بشكل عشوائي طوال الوقت. في هذه الحالة ، يحدث خلط مكثف للسائل (الغاز) في التدفق.
دعونا ننظر في نظام التدفق الصفحي. دعونا نفرد طبقتين في التدفق مع المساحة س، وتقع على مسافة ∆ ضمتباعدًا ويتحرك بسرعات مختلفة. الخامس 1 و الخامس 2 (الشكل 1). ثم تنشأ بينهما قوة احتكاك لزج ، متناسبة مع تدرج السرعة D الخامس/د ضفي اتجاه عمودي على اتجاه التدفق:
حيث المعامل μ هو بالتعريف يسمى اللزوجة أو معامل الاحتكاك الداخلي ، د الخامس=الخامس 2-الخامس 1.
من (1) يمكن ملاحظة أن اللزوجة تقاس بالثواني الباسكال (Pa · s).
وتجدر الإشارة إلى أن اللزوجة تعتمد على طبيعة وحالة السائل (الغاز). على وجه الخصوص ، يمكن أن تعتمد قيمة اللزوجة بشكل كبير على درجة الحرارة ، والتي يتم ملاحظتها ، على سبيل المثال ، في الماء (انظر الملحق 2). قد يؤدي عدم أخذ هذا الاعتماد في الاعتبار في الممارسة العملية في بعض الحالات إلى اختلافات كبيرة بين الحسابات النظرية والبيانات التجريبية.
في الغازات ، اللزوجة ناتجة عن اصطدام الجزيئات (انظر الملحق 1) ، في السوائل ، ترجع إلى التفاعلات بين الجزيئات التي تحد من حركة الجزيئات.
ترد قيم اللزوجة لبعض المواد السائلة والغازية في الملحق 2.
كما لوحظ بالفعل ، يمكن أن يحدث تدفق السائل أو الغاز في أحد وضعين - رقائقي أو مضطرب. وجد الفيزيائي الإنجليزي أوزبورن رينولدز أن طبيعة التدفق تحددها قيمة الكمية التي لا أبعاد لها
أين توجد كمية تسمى اللزوجة الحركية ، الخامسهي سرعة السائل (أو الجسم في السائل) ، دهو بعض الحجم المميز. في حالة تدفق السوائل في أنبوب تحته دفهم الحجم المميز للمقطع العرضي لهذا الأنبوب (على سبيل المثال ، القطر أو نصف القطر). عندما يتحرك الجسم في سائل دفهم الحجم المميز لهذا الجسم ، على سبيل المثال ، قطر الكرة. للقيم يكرر< 1000 يعتبر التدفق رقائقي ، عند يكرر> 1000 يصبح التدفق مضطربًا.
إحدى طرق قياس لزوجة المواد (قياس اللزوجة) هي طريقة الكرة الساقطة ، أو طريقة ستوكس. أظهر ستوكس أن الكرة تتحرك بسرعة الخامسفي وسط لزج ، هناك قوة احتكاك لزج تساوي ، أين د هو قطر الكرة.
ضع في اعتبارك حركة الكرة وهي تسقط. وفقًا لقانون نيوتن الثاني (الشكل 2)
أين F- قوة الاحتكاك اللزج ، - قوة أرخميدس ، - قوة الجاذبية ، ρ وو هي كثافة السائل ومادة الكرات ، على التوالي. سيكون حل هذه المعادلة التفاضلية هو الاعتماد التالي على سرعة الكرة في الوقت المناسب:
أين الخامس 0 هي السرعة الابتدائية للكرة ، و
هي سرعة الحركة الثابتة (عند تي>> τ). الكمية هي وقت الاسترخاء. توضح هذه القيمة مدى سرعة إنشاء الوضع الثابت للحركة. عادة ما يعتبر ذلك تي≈3τ لا تختلف الحركة عمليًا عن الحركة الثابتة. وهكذا ، عن طريق قياس السرعة الخامسفييمكن حساب لزوجة السائل. لاحظ أن صيغة Stokes قابلة للتطبيق على أرقام رينولدز الأقل من 1000 ، أي في النظام الصفحي لتدفق السوائل حول الكرة.
جهاز معمل لقياس لزوجة السوائل باستخدام طريقة Stokes عبارة عن وعاء زجاجي مملوء بالسائل قيد الدراسة. يتم إلقاء الكرات من الأعلى ، على طول محور الأسطوانة. توجد علامات أفقية في الجزأين العلوي والسفلي من الإناء. من خلال قياس وقت حركة الكرة بين العلامات باستخدام ساعة توقيت ومعرفة المسافة بينهما ، يتم العثور على سرعة الحركة الثابتة للكرة. إذا كانت الأسطوانة ضيقة ، فيجب تصحيح صيغة الحساب لتأثير الجدران.
مع الأخذ في الاعتبار هذه التصحيحات ، ستأخذ صيغة حساب اللزوجة الشكل:
أين إل - المسافة بين العلامات ، د هو القطر الداخلي للسفينة.
أمر العمل
1. استخدم الفرجار لقياس القطر الداخلي للسفينة ، واستخدم مسطرة لقياس المسافة بين العلامات الأفقية على الوعاء ، واستخدم ميكرومترًا لقياس أقطار جميع الكرات المستخدمة في التجربة. من المفترض أن تكون عجلة الجاذبية 9.8 م / ث 2. يشار إلى كثافة السائل وكثافة مادة الكرات في إعداد المختبر.
2. قم بخفض الكرات واحدة تلو الأخرى في السائل ، وقم بقياس الوقت الذي يستغرقه كل منها للتنقل بين العلامات. سجل النتائج في جدول. يوضح الجدول رقم التجربة وقطر الكرة ووقت مرورها وكذلك نتيجة حساب اللزوجة لكل تجربة.
تحديد معامل الاحتكاك الداخلي
سوائل منخفضة اللزوجة
تحديد اللزوجة
أمثلة على مظاهر لزوجة السائل
سائل مثالي ، أي السائل بدون احتكاك ، هو تجريد. جميع السوائل أو الغازات الحقيقية لها لزوجة ، أو احتكاك داخلي ، بدرجة أكبر أو أقل. تتجلى اللزوجة في حقيقة أن الحركة التي نشأت في سائل أو غاز بعد توقف الأسباب التي تسببت فيه ، تتوقف تدريجياً.
دعونا نفكر أيضًا في الأمثلة التالية ، التي تظهر فيها لزوجة السائل نفسها. لذلك ، وفقًا لقانون برنولي للسائل المثالي ، يكون الضغط في الأنبوب ثابتًا إذا لم يتغير المقطع العرضي والارتفاع. ومع ذلك ، كما هو معروف ، ينخفض الضغط على طول هذا الأنبوب بشكل موحد ، كما هو موضح في الشكل. واحد.
أرز. 1. انخفاض الضغط في أنبوب بسائل متحرك.
تفسر هذه الظاهرة بوجود احتكاك داخلي في السائل ويصاحبها انتقال جزء من طاقته الميكانيكية إلى الداخل.
في التدفق الصفحي للسائل عبر الأنبوب (الشكل 2) ، تتغير سرعة الطبقات باستمرار من الحد الأقصى (على طول محور الأنبوب) إلى الصفر (بالقرب من الجدران).
من وجهة نظر ميكانيكية ، تعمل أي طبقة على إبطاء حركة الطبقة المجاورة الواقعة بالقرب من محور الأنبوب (تتحرك بشكل أسرع) ، ولها تأثير متسارع على الطبقة الواقعة بعيدًا عن المحور (تتحرك ببطء أكثر) .
أرز. 2. توزيع السرعة في المقطع العرضي للتدفق
السوائل في أنبوب مقطع عرضي دائري (التدفق الصفحي).
قوة الاحتكاك اللزج
لتوضيح الأنماط التي تطيعها قوى الاحتكاك الداخلي ، ضع في اعتبارك التجربة التالية. يتم غمر صفيحتين متوازيتين مع بعضهما البعض في سائل (الشكل 3) ، تتجاوز أبعادهما بشكل كبير المسافة بينهما د. يتم تثبيت اللوحة السفلية في مكانها ، ويتم ضبط الجزء العلوي في حالة حركة بالنسبة إلى الجزء السفلي مع بعض السرعة v 0.
أرز. 3. حركة طبقات لسائل لزج بين الألواح ،
سرعات مختلفة.
طبقة السائل المجاورة مباشرة للصفيحة العلوية ، بسبب قوى التماسك الجزيئي ، تلتصق بها وتتحرك مع اللوح. تظل الطبقة السائلة الملتصقة باللوحة السفلية ثابتة معها. تتحرك الطبقات المتوسطة بطريقة تجعل لكل طبقة عليا سرعة أكبر من تلك الموجودة تحتها. الذي - التي. كل طبقة تنزلق بالنسبة للطبقات المجاورة. لذلك ، من جانب الطبقة السفلية ، يتم التأثير على الطبقة العليا بواسطة قوة احتكاك ، مما يؤدي إلى إبطاء حركة الطبقة الثانية ، وعلى العكس من جانب الطبقة العليا إلى الطبقة السفلى ، فإنها تتسارع الحركة. تسمى القوى التي تنشأ بين طبقات السائل التي تتعرض للإزاحة النسبية الاحتكاك الداخلي. تسمى خصائص المائع المرتبطة بوجود قوى الاحتكاك الداخلي اللزوجة.
تُظهر التجربة أنه لتحريك اللوحة العلوية بسرعة ثابتة v 0 ، من الضروري العمل عليها بقوة محددة جيدًا F. عمل قوة خارجية Fمتوازنة بقوة احتكاك موجهة بشكل معاكس تساويها في الحجم.
يمكن حساب قوة الاحتكاك الداخلي بين طبقتين من السائل باستخدام صيغة نيوتن:
, (1)
حيث h هي اللزوجة الديناميكية ، معامل الاحتكاك الداخلي ، سهي منطقة التلامس (في هذه الحالة ، منطقة اللوحة) ، Dv / D ضهو تدرج السرعة.
معامل اللزوجة يساوي عدديًا القوة المؤثرة لكل وحدة مساحة من الطبقة ، عندما تتغير السرعة بمقدار واحد (Dv / D لكل وحدة طول ، إذا كانت متعامدة مع الطبقة) ض = 1)
اللزوجة(احتكاك داخلي) ( إنجليزي. اللزوجة) - إحدى ظواهر النقل ، خاصية الأجسام السائلة (السوائل والغازات) لمقاومة حركة أحد أجزائها بالنسبة إلى آخر. آلية الاحتكاك الداخلي في السوائل والغازات هي أن الجزيئات المتحركة بشكل عشوائي تنقل الزخم من طبقة إلى أخرى ، مما يؤدي إلى معادلة السرعات - وهذا ما يوصف بإدخال قوة الاحتكاك. تتميز لزوجة المواد الصلبة بعدد من الميزات المحددة وعادة ما يتم النظر فيها بشكل منفصل. أسس القانون الأساسي للتدفق اللزج أنا. نيوتن (1687): كما هو مطبق على السوائل ، تتميز اللزوجة:
- اللزوجة الديناميكية (المطلقة) µ - القوة المؤثرة على وحدة مساحة السطح المستوي ، والتي تتحرك بسرعة وحدة بالنسبة لسطح مستو آخر يقع على مسافة وحدة من الأولى. في نظام SI ، يتم التعبير عن اللزوجة الديناميكية كـ باسكال × s(باسكال ثانية) ، وحدة خارج النظام P (اتزان).
- اللزوجة الحركية ν هي نسبة اللزوجة الديناميكية µ لكثافة السائل ρ .
- ν ، م 2 / ث - اللزوجة الحركية.
- μ ، Pa × s - اللزوجة الديناميكية ؛
- ρ ، كجم / م 3 - كثافة السائل.
قوة الاحتكاك اللزج
هذه هي ظاهرة حدوث قوى عرضية تمنع حركة أجزاء من السائل أو الغاز فيما يتعلق ببعضها البعض. يحل التشحيم بين مادتين صلبتين محل الاحتكاك الانزلاقي الجاف مع الاحتكاك المنزلق لطبقات السائل أو الغاز ضد بعضها البعض. تتغير سرعة جزيئات الوسط بسلاسة من سرعة جسم إلى سرعة جسم آخر.
تتناسب قوة الاحتكاك اللزج مع سرعة الحركة النسبية الخامسالجثث ، بما يتناسب مع المنطقة سويتناسب عكسيا مع المسافة بين الطائرات ح.
F = -V S / h ،يُطلق على معامل التناسب ، اعتمادًا على نوع السائل أو الغاز معامل اللزوجة الديناميكية. أهم شيء في طبيعة قوى الاحتكاك اللزج هو أنه في وجود أي قوة صغيرة اعتباطية ، ستبدأ الأجسام في التحرك ، أي لا يوجد الاحتكاك الساكن. فرق كبير نوعيًا في القوى الاحتكاك اللزجمن احتكاك جاف
إذا كان جسم متحرك مغمورًا تمامًا في وسط لزج وكانت المسافات من الجسم إلى حدود الوسط أكبر بكثير من أبعاد الجسم نفسه ، فعندئذ في هذه الحالة نتحدث عن الاحتكاك أو مقاومة متوسطة. في هذه الحالة ، تتحرك أقسام الوسط (السائل أو الغاز) المجاورة مباشرة للجسم المتحرك بنفس سرعة الجسم نفسه ، وعندما تبتعد عن الجسم ، تقل سرعة الأجزاء المقابلة من الوسط ، تتحول إلى الصفر في اللانهاية.
تعتمد قوة مقاومة الوسط على:
- لزوجته
- من شكل الجسم
- على سرعة الجسم بالنسبة للوسط.
على سبيل المثال ، عندما تتحرك الكرة ببطء في سائل لزج ، يمكن إيجاد قوة الاحتكاك باستخدام صيغة Stokes:
F = -6 R V ،فرق ذو دلالة نوعية بين قوى الاحتكاك اللزج و احتكاك جاف، من بين أمور أخرى ، حقيقة أن الجسم في وجود احتكاك لزج فقط وقوة خارجية صغيرة بشكل تعسفي سيبدأ بالضرورة في التحرك ، أي أنه لا يوجد احتكاك ثابت للاحتكاك اللزج ، والعكس صحيح - تحت تأثير فقط الاحتكاك اللزج ، الجسم ، الذي تحرك في البداية ، أبدًا (بالتقريب العياني الذي يتجاهل الحركة البراونية) لن يتوقف تمامًا ، على الرغم من أن الحركة ستتباطأ إلى أجل غير مسمى.
لزوجة الغازات
إن لزوجة الغازات (ظاهرة الاحتكاك الداخلي) هي ظهور قوى الاحتكاك بين طبقات الغاز التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض على التوازي وبسرعات مختلفة. تزداد لزوجة الغازات مع زيادة درجة الحرارة
يعتبر تفاعل طبقتين من الغاز بمثابة عملية يتم خلالها نقل الزخم من طبقة إلى أخرى. يتم تحديد قوة الاحتكاك لكل وحدة مساحة بين طبقتين من الغاز ، تساوي القوة الدافعة المنقولة في الثانية من طبقة إلى أخرى من خلال مساحة الوحدة ، بواسطة قانون نيوتن:
τ =-dv / dz
أين:
dv / dz- انحدار السرعة في الاتجاه العمودي لاتجاه حركة طبقات الغاز.
تشير علامة الطرح إلى أن الزخم يتم نقله في اتجاه تناقص السرعة.
η
- اللزوجة الديناميكية.
η = 1/3 ρ (ν) λ ، حيث:
ρ
هي كثافة الغاز ،
(ν)
- حسابي متوسط سرعة الجزيئات
λ
هو متوسط المسار الحر للجزيئات.
لزوجة بعض الغازات (عند 0 درجة مئوية)
لزوجة السوائل
لزوجة السوائل- هذه خاصية تظهر فقط عندما يكون السائل في حالة حركة ولا تؤثر على السوائل أثناء الراحة. يخضع الاحتكاك اللزج في السوائل لقانون الاحتكاك ، والذي يختلف اختلافًا جوهريًا عن قانون احتكاك المواد الصلبة ، لأن يعتمد على مساحة الاحتكاك وسرعة السائل.
اللزوجة- خاصية السائل لمقاومة القص النسبي لطبقاته. تتجلى اللزوجة في حقيقة أنه مع الحركة النسبية لطبقات السوائل على أسطح ملامستها ، تنشأ قوى مقاومة القص ، تسمى قوى الاحتكاك الداخلي ، أو قوى اللزوجة. إذا أخذنا في الاعتبار كيفية توزيع سرعات طبقات مختلفة من السائل على المقطع العرضي للتدفق ، فيمكننا بسهولة أن نرى أنه كلما ابتعدنا عن جدران التدفق ، زادت سرعة الجسيمات. عند جدران التدفق ، تكون سرعة السائل صفراً. ومن الأمثلة على ذلك رسم ما يسمى بنموذج التدفق النفاث.
طبقة السوائل تتحرك ببطء "تبطئ" حركة الطبقة السائلة المجاورة بشكل أسرع ، والعكس صحيح ، الطبقة التي تتحرك بسرعة أعلى تسحب (تسحب) طبقة تتحرك بسرعة أقل معها. تظهر قوى الاحتكاك الداخلي بسبب وجود روابط بين الجزيئات بين الطبقات المتحركة. إذا تم تخصيص مساحة معينة بين الطبقات المتجاورة للسائل س، ثم وفقًا لفرضية نيوتن:
F = μ S (du / dy) ،- μ - معامل الاحتكاك اللزج ؛
- سهي منطقة الاحتكاك.
- du / dy- سرعة الانحدار
قيمة μ في هذا التعبير معامل اللزوجة الديناميكية، يساوي:
μ = F / S 1 / du / dy ، μ = τ 1 / دو / دي ،- τ - إجهاد القص في السائل (يعتمد على نوع السائل).
المعنى المادي لمعامل الاحتكاك اللزج- رقم مساوٍ لقوة الاحتكاك الناشئة على سطح وحدة بوحدة انحدار السرعة.
في الممارسة العملية ، يتم استخدامه في كثير من الأحيان معامل اللزوجة الحركية، سميت بهذا الاسم لأن أبعادها تفتقر إلى تدوين القوة. هذا المعامل هو نسبة المعامل الديناميكي لزوجة السائل إلى كثافته:
ν= μ / ρ ,وحدات قياس معامل الاحتكاك اللزج:
- N · s / م 2 ؛
- كجم ق ق / م 2
- Pz (Poiseuille) 1 (Pz) = 0.1 (N · s / m 2).
تحليل خاصية اللزوجة للسائل
لإسقاط السوائل ، تعتمد اللزوجة على درجة الحرارة روالضغط صومع ذلك ، فإن الاعتماد الأخير يتجلى فقط في تغيرات الضغط الكبيرة ، بترتيب عدة عشرات من الآلام والكروب الذهنية.
يتم التعبير عن اعتماد معامل اللزوجة الديناميكية على درجة الحرارة بواسطة صيغة النموذج:
μ t \ u003d μ 0 e -k t (T-T 0),- µt - معامل اللزوجة الديناميكية عند درجة حرارة معينة ؛
- μ 0 - معامل اللزوجة الديناميكية عند درجة حرارة معروفة ؛
- تي - درجة الحرارة المحددة؛
- تي 0 - درجة الحرارة التي تقاس عندها القيمة μ 0 ;
- ه
يتم وصف اعتماد المعامل النسبي للزوجة الديناميكية على الضغط بالصيغة:
μ p \ u003d μ 0 e -k p (P-P 0),- μ ص - معامل اللزوجة الديناميكية عند ضغط معين ،
- μ 0 - معامل اللزوجة الديناميكية عند ضغط معروف (غالبًا في ظل الظروف العادية) ،
- ص - اضبط الضغط،؛
- ص 0 - الضغط الذي تقاس عنده القيمة μ 0 ;
- ه - أساس اللوغاريتم الطبيعي هو 2.718282.
يظهر تأثير الضغط على لزوجة السائل فقط عند الضغوط العالية.
السوائل النيوتونية وغير النيوتونية
السوائل النيوتونية هي سوائل لا تعتمد لزوجتها على معدل الإجهاد. في معادلة نافييه - ستوكس للسائل النيوتوني ، يوجد قانون لزوجة مشابه لما ورد أعلاه (في الواقع ، تعميم لقانون نيوتن ، أو قانون نافييه).
الفرق بين الاحتكاك اللزج والاحتكاك الجاف هو أنه يمكن أن يتلاشى في وقت واحد مع السرعة. حتى مع وجود قوة خارجية صغيرة ، يمكن نقل سرعة نسبية إلى طبقات وسط لزج.
قوة المقاومة عند التحرك في وسط لزج
ملاحظة 1بالإضافة إلى قوى الاحتكاك ، عند التحرك في الوسائط السائلة والغازية ، تنشأ قوى مقاومة الوسط ، والتي تعتبر أكثر أهمية من قوى الاحتكاك.
لا يختلف سلوك السائل والغاز فيما يتعلق بمظاهر قوى الاحتكاك. لذلك ، تنطبق الخصائص التالية على كلتا الحالتين.
التعريف 1
يرجع تأثير قوة المقاومة التي تنشأ عندما يتحرك الجسم في وسط لزج إلى خصائصه:
- عدم وجود احتكاك ثابت ، أي حركة سفينة عائمة متعددة الأطنان بحبل ؛
- اعتماد قوة المقاومة على شكل الجسم المتحرك ، بمعنى آخر ، على تبسيطه لتقليل قوى المقاومة ؛
- اعتماد القيمة المطلقة لقوة المقاومة على السرعة.
هناك بعض التنظيمات التي تخضع لها قوى الاحتكاك ومقاومة الوسط ، مع تعيين رمزي للقوة الكلية على أنها قوة الاحتكاك. تعتمد قيمتها على:
- شكل الجسم وحجمه
- حالة سطحه
- السرعة بالنسبة للوسط وخصائصه تسمى اللزوجة.
لتصوير اعتماد قوة الاحتكاك على سرعة الجسم بالنسبة للوسيط ، استخدم الرسم البياني للشكل 1.
الصورة 1 . رسم بياني لاعتماد قوة الاحتكاك على السرعة بالنسبة إلى الوسط
إذا كانت قيمة السرعة صغيرة ، فإن قوة السحب تتناسب طرديًا مع ، وتزداد قوة الاحتكاك خطيًا مع السرعة:
و t ع \ u003d - ك 1 υ (1).
يعني وجود ناقص اتجاه قوة الاحتكاك في الاتجاه المعاكس بالنسبة لاتجاه السرعة.
عند وجود قيمة كبيرة للسرعة ، يحدث الانتقال من قانون خطي إلى قانون تربيعي ، أي أن الزيادة في قوة الاحتكاك تتناسب مع مربع السرعة:
و t ع \ u003d - ك 2 2 (2).
إذا انخفض اعتماد قوة المقاومة في الهواء على مربع السرعة ، يتحدث المرء عن سرعات بقيم عدة أمتار في الثانية.
تعتمد قيمة معاملات الاحتكاك k 1 و k 2 على شكل وحجم وحالة سطح الجسم والخصائص اللزجة للوسط.
مثال 1
إذا أخذنا في الاعتبار قفزة مظلي مطولة ، فلا يمكن أن تزداد سرعتها باستمرار ، في لحظة معينة سيبدأ انخفاضها ، حيث تكون قوة المقاومة مساوية لقوة الجاذبية.
تعتمد قيمة السرعة التي ينتقل بها القانون (1) إلى (2) على نفس الأسباب.
مثال 2
يحدث سقوط كرتين معدنيتين بكتلتين مختلفتين من نفس الارتفاع مع فقدان السرعة الابتدائية. أي كرة ستسقط أسرع؟
معطى:م 1 ، م 2 ، م 1> م 2
المحلول
خلال الخريف ، تلتقط كلا الجسمين السرعة. في لحظة معينة ، تتم الحركة الهبوطية بسرعة ثابتة ، حيث تكون قيمة المقاومة (2) مساوية لقوة الجاذبية:
F t p \ u003d k 2 υ 2 \ u003d m g.
نحصل على السرعة الثابتة بالصيغة:
υ 2 = م ز ك 2.
لذلك ، فإن الكرة الثقيلة لديها سرعة هبوط أكبر في حالة الثبات من الكرة الخفيفة. لذلك ، فإن الوصول إلى سطح الأرض سيحدث بشكل أسرع.
إجابه:ستصل الكرة الثقيلة إلى الأرض بشكل أسرع.
مثال 3
يطير لاعب القفز بالمظلات بسرعة 35 م / ث حتى تفتح المظلة ، وبعد ذلك - بسرعة 8 م / ث. حدد الشد في الخطوط عند فتح المظلة. وزن المظلي 65 كجم ، تسارع السقوط الحر 10 م / ث 2. عيّن تناسب F tr بالنسبة إلى υ.
معطى:م 1 \ u003d 65 كجم ، υ 1 \ u003d 35 م / ث ، υ 2 \ u003d 8 م / ث.
تجد: T-؟
المحلول
صورة 2
قبل الفتح ، كانت سرعة المظلي υ 1 = 35 م / ث ، أي أن تسارعه كان صفرًا.
وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، نحصل على:
0 = م ج - ك υ 1.
من الواضح أن
بعد فتح المظلة ، تتغير υ وتصبح مساوية لـ υ 2 = 8 م / ث. من هنا ، يأخذ قانون نيوتن الثاني الشكل:
0 - م جم - ك υ 2 - T.
لإيجاد قوة الشد للخطوط ، من الضروري تحويل الصيغة واستبدال القيم:
T \ u003d m · g 1 - υ 2 υ 1 ≈ 500 N.
إجابه: T = 500 نيوتن.
إذا لاحظت وجود خطأ في النص ، فيرجى تمييزه والضغط على Ctrl + Enter
ومن المثير للاهتمام ، أن الأجسام الجافة تمامًا لا توجد عمليًا في الطبيعة. تحت أي ظروف من شروط صيانة المعدات ، تتشكل أغشية رقيقة من الترسيب في الغلاف الجوي ، والدهون ، وما إلى ذلك على سطح مادة صلبة. الاحتكاك بين الجسم الصلب والسائل أو الغاز يسمى الاحتكاك اللزج أو السائل.
أين يحدث الاحتكاك اللزج؟
يحدث الاحتكاك اللزج عندما تتحرك الأجسام الصلبة في وسط سائل أو غازي ، أو عندما يتدفق السائل أو الغاز نفسه عبر الأجسام الصلبة الثابتة.
ما سبب الاحتكاك اللزج؟
سبب الاحتكاك اللزج هو الاحتكاك الداخلي.
إذا تحرك جسم صلب في وسط ثابت ، فإن طبقة من الماء أو الهواء الملتصقة به تتحرك معه. في الوقت نفسه ، ينزلق على طول الطبقة المجاورة. هناك قوة احتكاك تدخل في هذه الطبقة.
يبدأ في الحركة ، ويسحب بدوره الطبقة التالية ، وهكذا ، وكلما ابعد عن سطح الجسم ، تتحرك طبقات السائل أو الغاز بشكل أبطأ. تعمل قوة الاحتكاك بين الطبقات على إبطاء الطبقات الأسرع ، وبالتالي الجسم الصلب نفسه. يتم فرمله مباشرة عن طريق الاحتكاك اللزج. يحدث الشيء نفسه عندما يتدفق تيار من السائل أو الغاز عبر جسم ثابت.
ميزات مثيرة للاهتمام للاحتكاك اللزج!
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/48.jpg)
صب بعض الماء في وعاء واغمس فيه قطعة من الخشب. انفخ على رقاقة - سوف تطفو على الماء. وحتى لو انفجرت بشكل ضعيف ، ستستمر الرقاقة في التحرك من مكانها.الفرق الرئيسي بين الاحتكاك اللزج والاحتكاك الجاف هو أنه لا يوجد احتكاك لزج ثابت!
مهما كانت قوة الجر المؤثرة على الجسم صغيرة ، فإنها تتسبب على الفور في تحرك الجسم في السائل. كلما كانت هذه القوة أصغر ، كلما أبطأ الجسم في السباحة.
ما الذي يحدد قوة الاحتكاك في السائل أو الغاز؟
تعتمد قوة الاحتكاك التي يتعرض لها الجسم المتحرك ، في سائل على سبيل المثال ، على سرعة الحركة ، وعلى شكل الجسم وحجمه ، وعلى خصائص السائل.
عند سرعات الحركة المنخفضة ، تتناسب قوة المقاومة طرديًا مع سرعة الحركة والحجم الخطي للجسم. كلما زادت قوة المقاومة ، كلما زادت سماكة الوسط (اللزج). والسوائل لا يمكن أن تكون لزجة مثل الماء أو شديدة اللزوجة مثل العسل. الماء له لزوجة أقل من الغراء ، ولزوجة الصمغ أقل من الراتنج.
تعتمد اللزوجة على درجة حرارة السائل.
على سبيل المثال ، في فصل الشتاء ، يجب تدفئة محرك السيارة التي تقف في البرد.
يتم ذلك من أجل تدفئة الزيت المجمد المصبوب في المحرك.
إن لزوجة الزيت المجمد أكبر من لزوجة الزيت الساخن ، ولا يمكن للمحرك أن يدور بسرعة.
على العكس من ذلك ، تقل لزوجة الغازات مع انخفاض درجة الحرارة.
مع زيادة سرعة الجسم ، تتغير مقاومة الوسط. يعتمد ذلك على طبيعة التدفق حول الجسم المتحرك فيه. عند السرعات العالية ، ينشأ تدفق مضطرب معقد خلف جسم متحرك ، وتتشكل أشكال غريبة وحلقات ودوامات.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/75.jpg)
تعتمد المقاومة المضطربة للحركة بالفعل على كثافة الوسط ومربع سرعة الجسم وحجم (مربع) الجسم. يتناقص السحب المضطرب عدة مرات بعد إعطاء شكل انسيابي لجسم متحرك. أفضل شكل لجسم يتحرك في عمود سائل أو غاز هو حادة في الأمام وحادة في الخلف (على سبيل المثال ، في الدلافين والحيتان).
منذ وقت طويل...
تظهر بعض الرسوم القديمة الموجودة في الأهرامات المصريين وهم يسكبون الحليب تحت مزلقة يجرون عليها كتل من الحجر.
تم العثور على آثار زيت الزيتون ، التي ساعدت في تقليل الاحتكاك ، في أرصفة بوابات الآبار من العصر البرونزي (القرن الخامس قبل الميلاد) التي وصلت إلينا.
ما هو "لوب"؟
لذلك يقولون عن التزييت: "تسير كالساعة".
عندما يتعين عليك التعامل مع انزلاق الأسطح الجافة ، فإنهم يحاولون جعلها مبللة ومزلقة. يتم تلطيخ محاور العجلات بالقطران أو الشحوم ؛ يسكب الزيت في المحامل ، يحشو الشحوم. في محطات توليد الطاقة ، يوجد وضع خاص للمزيت ، حيث يقوم بسكب مادة التشحيم من المزيتة في أجزاء الاحتكاك. هناك مزيتون على خط السكة الحديد أيضًا. بفضل التزليق ، يتم تقليل الاحتكاك بمقدار 8-10 مرات.
ما هي السوائل الطبيعية الأفضل للتشحيم؟
هذه هي الدهون النباتية والزبدة ولحم البقر أو شحم الخنزير والقطران. ولكن مع تطور التكنولوجيا ، تم العثور على مواد تشحيم أخرى أرخص - زيوت معدنية تم الحصول عليها من تكرير النفط.
كمواد تشحيم حديثة ، يمكن للمرء تسمية الماكينة ، والطيران ، وزيوت الديزل ، والشحوم ، والشحوم ، والفازلين التقني ، والأوتول ، والنيجرول ، وزيت المغزل ، وزيت البندقية.
اتضح أنه كلما كان الجزء الدوار أكبر ، على سبيل المثال ، يجب أن يكون زيت التشحيم أكثر سمكًا. يتم تشحيم الأعمدة الثقيلة للتوربينات الهيدروليكية بشحم كثيف ، ويتم تشحيم أجزاء تشغيل ساعات الجيب بزيت العظام السائل والشفاف. يجب أن يكون المزلق الجيد "زيتيًا". بعد ذلك ، عندما تتوقف الماكينة ، تبقى أنحف طبقة من مواد التشحيم في الفجوة بين أجزاء الاحتكاك ، وعند بدء تشغيل الماكينة ، ليس من الضروري التغلب على الاحتكاك الساكن بين الأسطح الجافة تمامًا. هذا يقلل الاحتكاك وتآكل أجزاء الاحتكاك. أثناء تشغيل الماكينة ، يسخن زيت التشحيم ويفقد خصائصه جزئيًا ، لذلك ، يتم استخدام أجهزة خاصة لتبريد مادة التشحيم. وقد تم إنشاء خلائط زيوت التشحيم هذه التي تعمل بشكل جيد حتى في الطقس شديد البرودة.
لكن السائل الأكثر شيوعًا في الطبيعة - نادرًا ما يستخدم الماء كمواد تشحيم. لها لزوجة منخفضة ، بالإضافة إلى أنها تسبب تآكل العديد من المعادن.
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/51.jpg)
الإهمال بالنار هو السبب الرئيسي للحريق لجميع الهياكل.
لكن بالنسبة لطواحين الهواء ، التي اختفت عمليا الآن ، كان أحد الأسباب الرئيسية للحريق هو الرياح القوية ، لأنه مع الرياح القوية ، غالبًا ما اشتعلت النيران في محورها بسبب الاحتكاك !!!
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/52.jpg)
إذا تم تطبيق ماء عالي الضغط على خرطوم حريق من القماش ، فقد يتمزق. وإذا كنت تأخذ القماش المشمع أقوى؟ أجرى رجال الإطفاء الأمريكيون مثل هذه التجربة. الخرطوم لم ينكسر ، ولكن عندما وصل معدل تدفق المياه إلى 100 لتر في الثانية اشتعلت النيران في الخرطوم من احتكاك الماء بجدران القماش!
مثير للإعجاب!
يوجد سائل يزيد الاحتكاك. هذا هو goon!
عند تشحيم الأسطح المحتوية على مادة تشحيم ، يتم استبدال الاحتكاك الجاف بالاحتكاك اللزج ويقل.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/47.jpg)
السوائل هي مادة تشحيم احتكاكية ، ولكن عند سحب الأظافر من منتج خشبي ظل تحت المطر لفترة طويلة أو في مكان رطب ، فإنك تحتاج إلى بذل مجهود أكبر بكثير مما هو عليه عند سحب المسامير من منتج جاف! الحقيقة هي أن الفجوات بين جزيئات الخشب المنتفخة مع الرطوبة تزداد ، ويتم ضغط الظفر بقوة أكبر بواسطة ألياف الخشب ، بينما تزداد قوة الاحتكاك.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/29.jpg)
عندما تتحرك موجة المد على طول قاع المحيط ، تتسبب قوى الاحتكاك في إبطاء دوران الأرض وإطالة اليوم.
يؤدي الاحتكاك اللزج إلى فقدان الطاقة الميكانيكية للجسم المتحرك ، وذلك بسبب يبطئه. لكن هذا لا يعني ، على سبيل المثال ، أن الطائرة سيكون من الأفضل أن تطير في وسط خالٍ من الاحتكاك اللزج. طائرة في مثل هذا الهواء لن تكون قادرة على الإقلاع على الإطلاق ، لأن. رفع جناحها ودفع المروحة سيكون صفرا!
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/46.jpg)
تزداد السرعة الخطية للقمر الصناعي المتحرك في طبقات متخلخلة من الغلاف الجوي بسبب مقاومة الهواء! تفسر المفارقة من خلال حقيقة أن نصف قطر المدار يتناقص ويتم تحويل جزء من الطاقة الكامنة للقمر الصناعي إلى طاقة حركية.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/81.jpg)
بالنسبة للسفينة التي يبلغ إزاحتها حوالي 35000 طن وطولها حوالي 180 مترًا ، فإن فقدان الاحتكاك ضد الماء بضربة 14 عقدة يمثل 75 ٪ تقريبًا من إجمالي الطاقة ، ويتم إنفاق نسبة 25 ٪ المتبقية على التغلب على مقاومة الموجة . ومن المثير للاهتمام أن هذا النوع الأخير من الخسارة ينخفض بشكل كبير عندما يتحرك الجسم في وضع مغمور.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/79.jpg)
غلافنا الجوي القريب من سطح الأرض أقل كثافة بحوالي 800 مرة من كثافة الماء ، ولكنه يمكن أيضًا أن يخلق مقاومة هائلة للحركة. وهكذا ، فإن القطار العادي بسرعة 200 كم / ساعة ينفق حوالي 70٪ من قوته الإجمالية على التغلب على مقاومة الهواء. حتى مع الشكل المبسط جيدًا ، لا ينخفض هذا الرقم إلى أقل من نصف إجمالي الطاقة.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/80.jpg)
بالفعل ، شعرت الطائرة الأولى بوضوح بالقوة الهائلة لمقاومة الهواء. ومنذ تلك اللحظة فصاعدًا ، أصبح تقليل السحب بسبب تحسين التبسيط إحدى المشكلات الرئيسية في تطوير الطيران. بعد كل شيء ، الاحتكاك مع الهواء لا يمتص طاقة المحركات فحسب ، بل يؤدي أيضًا إلى ارتفاع درجة حرارة الطائرة بشكل خطير في طبقات كثيفة من الغلاف الجوي. لكن في الوقت نفسه ، يعتبر التدفق القادم أحد مصادر رفع الطائرات.