4.1الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا)4.2الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا)هذه الصورة تمهيدية تعرض أهداف الفصل الرابع في الهيدروديناميكا، ومن بينها التمييز بين السريان الطبقي والمضطرب وتعرّف شروط السريان الهادئ. وتربط هذه الأهداف بين مفاهيم الكثافة واللزوجة ومعادلة الاستمرارية، وهي المفاهيم التي سيستخدمها الطالب في حل المسائل لاحقًا.
| وجه المقارنة | السوائل | الغازات |
|---|---|---|
| قابلية الانضغاط |
|
تنضغط بسهولة |
| الحجم | حجمها معين | تشغل أي حيز توجد فيه |
| الشكل | تأخذ شكل الإناء الذي توضع فيه | تأخذ شكل الإناء وحجمه معًا |

| الجوامد | الكثافة | السوائل | الكثافة | الغازات | الكثافة |
|---|---|---|---|---|---|
| الألومنيوم | 2700 | الكحول الإيثيلي | 790 | الهواء | 1.29 |
| الحديد | 7900 | الكيروسين | 820 | الهيليوم | 0.18 |
| النحاس الأحمر | 8890 | البنزين | 900 | الهيدروجين | 0.09 |
| الرصاص | 11400 | الدم | 1040 | الأكسجين | 1.43 |
| الذهب | 19300 | الماء | 1000 | ثاني أكسيد الكربون | 1.96 |
| الجليد (الثلج) | 910 | الزئبق | 13600 | النيتروجين | 1.25 |

| وجه المقارنة | الفكرة الأساسية | كلمات مفتاحية |
|---|---|---|
| لا تتقاطع أبدًا | لأن التقاطع يعني أن للجزء نفسه من السائل اتجاهين للسرعة في اللحظة نفسها وهذا مستحيل | التقاطعيعنيللجزءنفسه |
| المماس لأي نقطة على خط الانسياب يحدد اتجاه السرعة اللحظية | لكل كمية صغيرة من السائل عند تلك النقطة | كميةصغيرةالسائلالنقطة |
| • |
| يسمىخطوطالانسيابعمودي |
| وجه المقارنة | السريان الطبقي | السريان المضطرب |
|---|---|---|
| شكل الحركة | الطبقات تنزلق فوق بعضها بنعومة | حركة دوامية عشوائية |
| خطوط الانسياب | موجودة ومنتظمة ولا تتقاطع | لا توجد خطوط انسياب منتظمة |
| الدوامات | لا توجد | توجد دوامات صغيرة دائرية |
| السرعة | صغيرة أو متوسطة | كبيرة (أكبر من حد معين) |
| وجه المقارنة | الفكرة الأساسية | كلمات مفتاحية |
|---|---|---|
| حجم السائل المنساب في زمن t هو | Vol = Q t = A v t | |
| كتلة السائل المنساب في زمن t هي | m = Qm t = ρ A v t | |
| • | تنبيه | تنبيه |


Δ V1 = A1 Δ x1 = A1 v1 Δ t
.Δ V2 = A2 v2 Δ t
.| وجه المقارنة | الفكرة الأساسية | كلمات مفتاحية |
|---|---|---|
| إبهامك على فوهة خرطوم المياه | عند سد جزء من فوهة الخرطوم بإصبعك تقل مساحة الفوهة فتزداد سرعة الماء الخارج منها فيصل إلى مسافة أبعد | الخرطومبإصبعكمساحةالفوهة |
| النهر |
| يجريالماءبهدوءيتسع |
| الدورة الدموية |
| يتفرعالأورطيالأبهرشرايين |
| شبكات المياه والري بالتنقيط | تُصمَّم شبكات الأنابيب وأنظمة توزيع المياه اعتمادًا على معادلة الاستمرارية لتحديد أقطار الأنابيب المناسبة بحيث تصل إلى كل نقطة كمية الماء المطلوبة بالسرعة المناسبة | الأنابيبوأنظمةتوزيعاعتماد |
1000 × (42 – 12) = 500 × 15 = 7500 Pa
، والضغط أقل في الجزء الضيق (الأسرع).تُظهر الصورة تجربة القمعين المتماثلين، إذ يُصب حجم متساوٍ من الكحول في أحدهما ومن الجلسرين في الآخر، فينساب الكحول أسرع بكثير. وهذا يدل على أن الجلسرين أكثر لزوجة، أي أنه يقاوم الانسياب بدرجة أكبر، وهو المعنى الذي تعرّفه اللزوجة في هذا الدرس.

يبيّن الشكل كرة تسقط في الماء ثم في الجلسرين، ويُقاس زمن وصولها إلى القاع في كل سائل. ويتضح أن الكرة تستغرق زمنًا أطول في الجلسرين لأنه يقاوم حركتها بمقاومة لزوجية أكبر، وهذه المقاومة هي سبب الاختلاف في سرعة السقوط بين السائلين.

η = (F d) / (A v)
تكون الوحدة(N· m) / ((m2 · m) / s) =(N· s) / m2
وتكافئ kg / (m· s) (لأن N = (kg· m) / s2).
| وجه المقارنة | الفكرة الأساسية | كلمات مفتاحية |
|---|---|---|
| الكثافة (ρ) | كتلة وحدة الحجوم من المادة، ووحدتها kg / m3. | كتلةوحدةالحجومالمادة |
| المائع | مادة قابلة للانسياب ولا تتخذ شكلًا محددًا بذاتها | مادةقابلةللانسيابتتخذ |
| السريان الهادئ في الأنابيب يتطلب أن |
| يملأالسائلالأنبوبةتمام |
| اللزوجة | الخاصية التي تتسبب في وجود مقاومة أو احتكاك بين طبقات السائل تعوق انزلاق بعضها فوق بعض | الخاصيةتتسببوجودمقاومة |
| معامل اللزوجة | القوة المماسية المؤثرة على وحدة المساحات والتي ينتج عنها فرق في السرعة مقداره الوحدة بين طبقتين من السائل المسافة العمودية بينهما الوحدة. وحدته (N· s) / m2 أو kg / (m· s). | القوةالمماسيةالمؤثرةوحدة |
| ثانيًا | القوانين والعلاقات المهمة | القوانينوالعلاقاتالمهمة |
| وجه المقارنة | الفكرة الأساسية | كلمات مفتاحية |
|---|---|---|
| الكثافة |
| والكثافةالنسبيةالمادةالماء |
| حجم السائل المنساب في زمن t | Vol = Q t = A v t | |
| كتلة السائل المنساب في زمن t | m = Qm t = ρ Q t = ρ A v t | |
| معادلة الاستمرارية | A1 v1 = A2 v2 | |
| معامل اللزوجة | η = (F d) / (A v) | |
| (معلومة إضافية) مبدأ برنولي | P + ½ρv2 + ρgh = ثابت | ½ρv2ثابت |
| • |
| margin18pxbordersolid |
| وجه المقارنة | الفكرة الأساسية | كلمات مفتاحية |
|---|---|---|
| السريان الهادئ والاضطرابي | السريان الهادئ (Laminar/Streamline): انزلاق طبقات السائل بنعومة وسرعات معتدلة دون دوامات وتكون خطوط الانسياب متوازية. السريان المضطرب (Turbulent): سرعات عالية مصحوبة بدوامات دائرية متقاطعة | LaminarStreamlineانزلاقطبقات |
| خط الانسياب ومعدل السريان |
| المسارالوهمييتخذهجسيم |
| معادلة الاستمرارية (Continuity Equation) | تطبيق لمبدأ بقاء الكتلة في السوائل غير القابلة للانضغاط: A₁ v₁ = A₂ v₂ (سرعة السائل تتناسب عكسياً مع مساحة مقطع الأنبوبة) | تطبيقلمبدأبقاءالكتلة |
| معامل اللزوجة (Viscosity Coefficient – η) | القوة المماسية المؤثرة على وحدة المساحات من طبقة سائل لتحريكها بسرعة فرقها الوحدة بالنسبة لطبقة أخرى موازية تبعد عنها وحدة المسافة: η = F d / (A v) بوحدة (N·s/m2 أو Pa·s) | القوةالمماسيةالمؤثرةوحدة |
| وجه المقارنة | الفكرة الأساسية | كلمات مفتاحية |
|---|---|---|
| معدل السريان الحجمي | Q_v = A v = V / t (m3/s) | |
| معدل السريان الكتلي | Q_m = ρ Q_v = ρ A v = m / t (kg/s) | |
| معادلة الاستمرارية | A₁ v₁ = A₂ v₂ = r₁2 v₁ = r₂2 v₂ | |
| في حالة تفرع الأنبوبة لعدة فروع | A v = A₁ v₁ + A₂ v₂ + … = n (a v) (إذا كانت الفروع متماثلة) | كانتالفروعمتماثلة |
| قانون اللزوجة | F = η (A v / d) |
| وجه المقارنة | الفكرة الأساسية | كلمات مفتاحية |
|---|---|---|
| علل: يضيق مجرى الماء المنسكب من الصنبور كلما اقترب من الأرض؟ |
| عجلةالجاذبيةتزيدسرعة |
| علل: تقل سرعة الدم كثيراً في الشعيرات الدموية عنها في الشريان الأورطي؟ |
| المساحةالكليةلمقاطعملايين |
| علل: يُفضل استخدام زيوت عالية اللزوجة في تشحيم الآلات صيفاً؟ |
| ارتفاعدرجاتالحرارةيقلل |
| وجه المقارنة | السريان الهادئ (Streamline Flow) | السريان المضطرب (Turbulent Flow) |
|---|---|---|
| سرعة تدفق السائل | سرعة منخفضة أقل من السرعة الحرجة | سرعة عالية تتجاوز السرعة الحرجة |
| طبيعة خطوط الانسياب | خطوط متوازية منتظمة لا تتقاطع | خطوط متقاطعة تكون دوامات دائرية |
| ثبات معدل السريان | Q_v و Q_m ثابتان عبر أي مقطع | معدل سريان عشوائي وغير منتظم |
| تطبيق المعادلة الحاكمة | تنطبق عليه معادلة الاستمرارية بدقة | تخضع لمعادلات ديناميكا الموائع المعقدة |