كيف يرتبط الضغط بتدفق السوائل؟

سيكون الطيران الحديث مستحيلاً بدون التحليل الديناميكي الهوائي القائم على المبادئ الأساسية لميكانيكا الموائع. على الرغم من أن "السائل" غالبًا ما يكون مرادفًا لكلمة "سائل" في لغة المحادثة ، إلا أن المفهوم العلمي للسائل ينطبق على كل من الغازات والسوائل. السمة المميزة للسوائل هي الميل إلى التدفق - أو ، في اللغة الفنية ، للتشوه باستمرار - تحت الضغط. يرتبط مفهوم الضغط ارتباطًا وثيقًا بالخصائص المهمة للسائل المتدفق.

التعريف الفني للضغط هو القوة لكل وحدة مساحة. يمكن أن يكون الضغط أكثر أهمية من الكميات ذات الصلة ، مثل الكتلة أو القوة ، لأن العواقب العملية للسيناريوهات المختلفة غالبًا ما تعتمد في المقام الأول على الضغط. على سبيل المثال ، إذا استخدمت طرف إصبعك لتطبيق قوة هبوط خفيفة على خيار ، فلن يحدث شيء. إذا قمت بتطبيق نفس القوة بشفرة سكين حاد ، فإنك تقطع الخيار. القوة هي نفسها ولكن حافة الشفرة لها مساحة سطح أصغر بكثير ، وبالتالي فإن القوة لكل وحدة مساحة - بمعنى آخر ، الضغط - أعلى من ذلك بكثير.

ينطبق الضغط على كل من السوائل والأجسام الصلبة. يمكنك فهم ضغط السائل من خلال تصور تدفق المياه عبر الخرطوم. يبذل السائل المتحرك قوة على الجدران الداخلية للخرطوم ، وضغط السائل يعادل هذه القوة مقسومة على مساحة السطح الداخلية للخرطوم عند نقطة معينة.

إذا كان الضغط يساوي القوة مقسومة على المنطقة ، فإن الضغط أيضًا يساوي القوة مضروبة في المسافة مقسومة على المنطقة في المسافة: FD / AD = P. المساحة مضروبة في المسافة تعادل الحجم ، والقوة مضروبة في المسافة هي صيغة الشغل ، والتي في هذه الحالة ، تعادل الطاقة. وبالتالي ، يمكن أيضًا تعريف ضغط المائع على أنه كثافة الطاقة: إجمالي الطاقة للسائل مقسومًا على الحجم الذي يتدفق فيه المائع. بالنسبة للحالة المبسطة للسائل الذي لا يغير ارتفاعه أثناء تدفقه ، فإن الطاقة الإجمالية هي مجموع طاقة الضغط والطاقة الحركية لجزيئات السوائل المتحركة.

يتم التقاط العلاقة الأساسية بين الضغط وسرعة السائل في معادلة برنولي ، والتي تنص على الحفاظ على الطاقة الكلية للسائل المتحرك. بمعنى آخر ، يظل مجموع الطاقة الناتج عن الضغط والطاقة الحركية ثابتًا حتى عندما يتغير حجم التدفق. من خلال تطبيق معادلة برنولي ، يمكنك إثبات أن الضغط ينخفض ​​في الواقع عندما ينتقل السائل عبر انقباض. يجب أن تكون الطاقة الكلية قبل الانقباض وأثناء الانقباض هي نفسها. وفقًا للحفاظ على الكتلة ، يجب أن تزداد سرعة السائل في الحجم الضيق ، وبالتالي تزداد الطاقة الحركية أيضًا. لا يمكن أن تتغير الطاقة الإجمالية ، لذلك يجب أن ينخفض ​​الضغط لموازنة الزيادة في الطاقة الحركية.