هناك ثلاث حالات رئيسية للمادة وهي صلبة وسائلة وغازية.

يكون المائع إما سائل أو غاز وإذا لم يكن هناك تأثير على سطح المائع فإن تدفقه يكون مماثل لجميع الموائع.

مثال عن ميكانيك الموائع

قام الطلاب في قسم الهندسة الميكانيكية في ولاية بنسلفانيا بتصميم غواصه تعمل بالطاقة البشرية، وسميت “أسد البحر” وكان التصميم مشارك في مسابقة وطنية.

في المراحل الأولية من التصميم عام 1990 تم إجراء بعض إختبارات على الغواصة داخل نفق للرياح

وبما أن الغواصة تتحرك تحت أي تأثيرات سطحية كان من السهل إجراء هذه الإختبارات في نفق الرياح

بإستخدام الهواء كمائع العمل بدلاً من الماء (المائع الفعلي الذي تتحرك به الغواصة).

مثال اخر

قبل عدة سنوات حصل البروفيسور سيمبالا على منحة بحثية من ناسا لدراسة التفاعل بين العادم النفاث الناتج عن طائره مع الأرض وكانت الطائرة تحوم والرياح تهب نتيجة عملها.

 وتم إجراء إختبارات نموذجية على الطائرة في نفق للرياح ونفق للمياه وكان من السليم إجراء هذه الإختبارات في كل من الهواء و الماء

لأنه لم تكن هناك تأثيرات سطحية تدعو للقلق ولكن يجب أن يتم تحجيم النتائج في الحالتين بشكل صحيح وفقاً لقواعد تحليل الأبعاد.

ما هو المائع وما هو الإجهاد؟

تعريف المائع : المائع هو المادة التي تتشوه بإستمرار عند تطبيق إجهاد القص عليها.

تعريف الإجهاد : هو القوة المؤثرة على وحدة المساحة وهناك إجهادات طبيعية وإجهادات عرضية.

الضغط : يعتبر الضغط مثال عن الإجهاد الطبيعي ويكون تأثيره للداخل وعمودي على السطح.

إجهاد القص : يعتبر إجهاد القص مثال عن الإجهاد العرضي وهو يؤثرعلى طول السطح  ويكون موازياً له

وبسبب الاحتكاك تتشكل اللزوجة للمائع وتعتبر المصدر الرئيسي لإجهاد القص في السوائل.

يمكن رسم مخطط للأجسام الحرة من جزيئة لمائع لتصور كل من الإجهاد الطبيعي وإجهاد القص المؤثران على الجسم.

الموائع في حالة السكون

تمتلك الموائع في حالة السكون إجهادات طبيعية  فقط لأن الموائع وهي ساكن لا يمكن أن تقاوم إجهادات القص

في هذه الحالة يتوازن مجموع القوى مع وزن عنصر المائع وتعرف هذه الحالة بأسم “الهيدروستاتيك” وفيها الضغط هو الإجهاد الطبيعي الوحيد الموجود

ويكون الضغط في الجزء السفلي من المائع أكبر قليلاً من الضغط في الجزء العلوي حتى يتحقق التوازن بين قوه الضغط الكلي ووزن العنصر.

ويجب أن يكون الضغط على الوجه الأيمن مساوياً للضغط على الوجه الأيسر بحيث يكون مجموع القوى في الأتجاه الأفقي صفراً.

الموائع في حالة الحركة

المائع في حالة الحركة يمكن أن يمتلك كل من الإجهاد الطبيعي وإجهاد القص.

يجب أن تتساوي مجموع المتجهات من جميع القوى المؤثرة على العنصر المائع مع كتله العنصر مضروبة في سرعته (قانون نيوتن الثاني).

كيف يمكن التمييز بين الموائع والمواد الصلبة؟

يمكن بسهوله تمييز الموائع عن المواد الصلبة عن طريق تطبيق إجهاد القص، لأنه بحكم التعريف الموائع في حالة السكون لا يمكن أن تقاوم إجهاد القص.

إذا تم تطبيق إجهاد القص على سطح صلب، فأن السطح سيتشوه قليلاً ومن ثم يستقر في حالة سكون (في شكله المشوه الجديد).

ويمكننا القول أن المواد الصلبة في حالة السكون قادرة على مقاومة إجهاد القص.

أما في حالة الموائع عندما يتم تطبيق إجهاد القص على سطح المائع، فإنه سوف يتشوه بإستمرار.

 وبعبارة أخرى يمكننا القول أن المائع في حالة السكون غير قادر على مقاومة إجهاد القص

ومع ذلك فان المائع في حالة السكون يمكن أن يقاوم الإجهاد الطبيعي.

والأن ما هو ميكانيك الموائع؟

القاموس يقول أن ميكانيك الموائع هو “تطبيق قوانين القوه والحركة” وله نوعان الموائع الساكنة و الديناميكية.

لذلك فإن ميكانيك الموائع هو تطبيق قوانين القوه والحركة على الموائع.

هناك فرعان لميكانيك الموائع:

الموائع الساكنة أو الهيدروستاتيك: هي دراسة السوائل في حالة السكون والمعادلة الرئيسية المطلوبة لها هو قانون نيوتن الثاني للأجسام غير المتسارعة.

الموائع الديناميكية: هي دراسة الموائع في حالة الحركة والمعادلة الرئيسية المطلوبة لها هو قانون نيوتن الثاني لتسريع الأجسام.

المصدر: انقر هنا

  • إعداد : المهندسة ساره عبد الجليل
  • تحرير : المهندس بشار الحجي