المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الصف الثاني الثانوي

الفيزياء

0/12

الرياضيات البحتة

0/81

الرياضيات التطبيقية

0/60
نص الدرس

الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا)

الصف الثاني الثانوي

الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا)

مقدمة

مقدمة

الوحدة الثالثة←خواص المادة — الصف الثاني الثانوي، الفصل الدراسي الأول

🌳 شجرة المفاهيم

  1. الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا)
  2. ├── ماذا ستتعلم في هذا الفصل؟
  3. ├── 1-1 ما المقصود بالمائع؟

├── 1-2 الكثافة (ρ)

├── 1-3 الكثافة النسبية

├── 1-5 تطبيقات قياس الكثافة

├── الدرس الثاني←أنواع سريان السوائل

├── 2-1 السريان الطبقي (Laminar Flow)

├── 2-2 السريان المضطرب (Turbulent Flow)

├── 2-3 السريان الهادئ (Steady Flow)

├── 3-1 معدل الانسياب الحجمي والكتلي

├── 3-2 معادلة الاستمرارية

├── 3-3 أمثلة من حياتنا

├── 3-5 معلومة إضافية←مبدأ برنولي

├── 4-1 تجارب توضح معنى اللزوجة

├── 4-2 تفسير خاصية اللزوجة

├── 4-3 معامل اللزوجة (η)

├── 4-4 تطبيقات خاصية اللزوجة

├── 4-5 فكر

├── ملخص الفصل

الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 1 / 21
ماذا ستتعلم في هذا الفصل؟

ماذا ستتعلم في هذا الفصل؟

  • بعد دراسة هذا الفصل تكون قادرًا على أن:
  • تتعرف المقصود بالمائع وتميز بين السوائل والغازات.
  • تتعرف الكثافة والكثافة النسبية وبعض تطبيقاتهما الطبية والعملية.
  • تقارن بين السريان الطبقي والسريان المضطرب، وتتعرف شروط السريان الهادئ.

    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.

  • تبين العلاقة بين معدل السريان ومعادلة الاستمرارية وتطبقها في حل المسائل.
  • تدرك معنى اللزوجة وتفسرها، وتتعرف معامل اللزوجة وتثبته رياضيًا، وتناقش بعض تطبيقاتها.
  • المصطلحات الأساسية المائع (Fluid) — الكثافة (Density) — الكثافة النسبية (Relative Density) — السريان الطبقي (Laminar Flow) — السريان المضطرب (Turbulent Flow) — السريان الهادئ (Steady Flow) — معادلة الاستمرارية (Continuity Equation) — اللزوجة (Viscosity).
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 2 / 21
ما المقصود بالمائع؟

ما المقصود بالمائع؟

  • المائع
  • هو أي مادة لها القدرة على الانسياب (الجريان)، ولا تتخذ شكلًا محددًا بذاتها.
  • وعلى ذلك تشمل الموائع المواد السائلة والمواد الغازية معًا.
  • فالماء والزيت والعسل والهواء وغاز الطهي كلها موائع، أما الحديد والخشب فليست كذلك لأنها تحتفظ بشكلها.
  • ورغم أن السوائل والغازات تشترك في صفة الانسياب، فإن بينهما فروقًا مهمة نلخصها في الجدول الآتي:
وجه المقارنة السوائل الغازات
قابلية الانضغاط
  • تقاوم أي ضغط عليها
  • فهي غير قابلة للانضغاط عمليًا
تنضغط بسهولة
الحجم حجمها معين تشغل أي حيز توجد فيه
الشكل تأخذ شكل الإناء الذي توضع فيه تأخذ شكل الإناء وحجمه معًا
  • ونظرًا لأن السائل لا ينضغط، فإنه يتميز بحركة انسيابية غير قابلة للانضغاط (Incompressible)؛
  • أي أن كثافة السائل المتحرك لا تتغير من نقطة إلى أخرى ولا مع الزمن.
  • وسوف نعتمد على هذه الحقيقة في استنتاج معادلة الاستمرارية في الدرس الثالث.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 3 / 21
الكثافة (ρ)

الكثافة (ρ)

  • الكثافة خاصية أساسية لأي مادة، ويرمز لها بالرمز ρ (يُنطق «رو»). وتُعرَّف بأنها كتلة وحدة الحجوم من المادة:
  • ρ = m / Vol
  • حيث m كتلة المادة، و Vol حجمها.
  • ووحدة قياس الكثافة في النظام الدولي للوحدات هي كجم/م3 (kg / m3).
  • وتستعمل أيضًا وحدة جم/سم3 (g / cm3) في المعامل، والعلاقة بينهما:

1 g/cm3 = 1000 kg/m3

  • فالماء كثافته 1000 kg/m3 أي 1 g/cm3.
  • لماذا تختلف الكثافة من مادة لأخرى؟ يرجع اختلاف الكثافة من مادة إلى أخرى إلى سببين:
  1. الاختلاف في الكتلة الذرية أو الكتلة الجزيئية للمادة؛ فالذهب كتلة ذراته كبيرة فكثافته كبيرة.
  2. الاختلاف في المسافات البينية بين الذرات أو الجزيئات؛ فجزيئات الغاز متباعدة جدًا ولذلك كثافة الغازات صغيرة جدًا بالنسبة للسوائل والجوامد.
  • وقد عرفنا من دراستنا السابقة أن الأجسام ذات الكثافة الصغيرة تطفو فوق السوائل ذات الكثافة الأكبر، فالخشب يطفو على الماء والزيت يطفو فوق الماء.
  • يبين الجدول الآتي كثافة بعض المواد الشائعة (بوحدة kg / m3، وللغازات عند الظروف المعتادة):
شكل 2: 📈 رسم الكتلة مقابل الحجم لعدة مواد: ميل الخط هو الكثافة.
شكل 2: 📈 رسم الكتلة مقابل الحجم لعدة مواد: ميل الخط هو الكثافة.
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
  1. لاحظ أن كثافة الجليد (910) أقل من كثافة الماء (1000)
  2. ولذلك يطفو الجليد فوق الماء
  3. وأن كثافة الهيليوم أقل من كثافة الهواء
  4. ولذلك يرتفع بالون الهيليوم إلى أعلى.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 4 / 21
الكثافة النسبية

الكثافة النسبية

  • كثيرًا ما نقارن كثافة مادة بكثافة مادة قياسية معروفة هي الماء.
  • وتسمى نسبة كثافة مادة ما إلى كثافة الماء عند 4°C الكثافة النسبية للمادة:
  • الكثافة النسبية = كثافة المادة / كثافة الماء عند 4°C
  • وبما أن كثافة الماء عند 4°C تساوي 1000 kg/m3 فإن:

الكثافة النسبية = كثافة المادة (kg / m3) / 1000

وبصورة عامة يمكن تعريفها أيضًا بأنها←كتلة حجم معين من المادة عند درجة حرارة معينة إلى كتلة نفس الحجم من الماء عند 4°C.
  • ونظرًا لأن الكثافة النسبية نسبة بين كميتين متماثلتين (كثافتين) فليس لها وحدة قياس؛
  • فهي عدد مجرد.
  • فالكثافة النسبية للزئبق 13.6، وللحديد 7.9، وللكحول الإيثيلي 0.79.
  • وإذا كانت الكثافة النسبية لمادة أقل من الواحد فإنها تطفو على الماء، وإن كانت أكبر من الواحد فإنها تغوص فيه.

✍️ أمثلة محلولة

  • مثال 1 قطعة من الألومنيوم على شكل متوازي مستطيلات أبعاده 5 cm × 4 cm × 6 cm، وكتلتها 324 g.
  • احسب كثافتها بوحدتي g / cm3 و kg / m3، ثم أوجد كثافتها النسبية.
  • الحل:

الحجم =

5 × 4 × 6 = 120 cm3

الكثافة = الكتلة / الحجم =

324 / 120 = 2.7 g/cm3

  • ولتحويلها إلى kg / m3 نضرب في 1000:

ρ = 2700 kg/m3

الكثافة النسبية =

2700 / 1000 = 2.7

  • (بدون وحدة).
  • مثال 2 إناء مدرج يحتوي على 250 cm3 من سائل، وكتلة السائل 200 g.
  • احسب كثافة السائل وكثافته النسبية، وهل يطفو الزيت (كثافته النسبية 0.9) فوقه أم يغوص فيه؟
  • الحل:

ρ = m / Vol = 200 / 250 = 0.8 g/cm3 = 800 kg/m3

الكثافة النسبية =

800 / 1000 = 0.8

  • الزيت كثافته النسبية 0.9، وهي أكبر من 0.8، أي أن الزيت أكثف من هذا السائل، فيغوص فيه ولا يطفو فوقه.
  • مثال 3 احسب كتلة لترين من الزئبق إذا علمت أن كثافته 13600 kg/m3.
  • الحل:

الحجم = 2 لتر = 2 × 10−3 m3 (لأن 1 لتر = 10−3 م

3)m = ρ × Vol = 13600 × 2 × 10-3 = 27.2 kg

  • .
  • مثال 4 قطعة ذهب نقي (عيار 24 قيراطًا) كتلتها 38.64 g. ما حجمها إذا كانت كثافة الذهب النقي 19.32 g/cm3؟
  • الحل:

Vol = m / ρ= 38.64 / 19.32 = 2.0 cm3

  • .
  • يوضح الرسم العلاقة بين الكتلة والحجم لعدة مواد، فيكون ميل كل خط مستقيم هو كثافة المادة، وهذا تطبيق مباشر للعلاقة ρ = m/V.
  • ولأن لكل مادة ميلًا مختلفًا، يمكن التعرف إلى المادة من كثافتها عند مقارنة خطها البياني بخطوط المواد الأخرى.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 5 / 21
تطبيقات قياس الكثافة

تطبيقات قياس الكثافة

  • قياس الكثافة له أهمية كبرى في المجالات العلمية والعملية، وهو من التقنيات التحليلية المهمة. ومن تطبيقاته:
  • أولًا قياس كثافة المحلول الإلكتروليتي في بطارية السيارة.
  • تحتوي بطارية السيارة على محلول حمض الكبريتيك.
  • وعند تفريغ البطارية (استهلاك شحنتها) يتفاعل الحمض مع ألواح الرصاص مكونًا كبريتات الرصاص، فيقل تركيز الحمض وبذلك تقل كثافة المحلول.
  • وعند إعادة شحن البطارية تتحرر أيونات الكبريتات من الألواح وتعود إلى المحلول مرة أخرى فتزداد كثافته.
  • وبقياس كثافة المحلول يمكن الاستدلال على مدى شحن البطارية.
  • ثانيًا قياس كثافة الدم والبول في التحاليل الطبية.
  • كثافة الدم في الحالة الطبيعية تتراوح بين 1040 و 1060 kg/m3.
  • فإذا زادت كثافته دل ذلك على زيادة تركيز خلايا الدم، وإذا قلت عن ذلك دل على نقص تركيز خلايا الدم، وهذا يشير إلى الإصابة بفقر الدم (الأنيميا).
  • أما الكثافة المعتادة للبول فهي نحو 1020 kg/m3، وبعض الأمراض تؤدي إلى زيادة إفراز الأملاح مع البول، فتزداد كثافة البول بالمقدار نفسه.
  • ثالثًا الكشف عن عيار الذهب.
  • الذهب من أكثر المعادن كثافة على سطح الأرض.
  • وتبلغ كثافة الذهب النقي (عيار 24) نحو 19.32 g/cm3.
  • وللذهب سبائك أخرى، فعيار 18 قيراطًا كثافته نحو 15.45 g/cm3، وعيار 14 قيراطًا كثافته نحو 13.1 g/cm3.
  • وتختلف كثافة هذه السبائك لأن الذهب يُخلَط فيها بفلزات أخرى أقل كثافة كالنحاس والفضة، وكلما زادت نسبة الفلز الآخر قلت الكثافة.
  • وبحساب كثافة قطعة المجوهرات (كتلتها مقسومة على حجمها) ومقارنتها بهذه القيم نتعرف على عيارها.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 6 / 21
الدرس الثاني: أنواع سريان السوائل

الدرس الثاني: أنواع سريان السوائل

يمكن أن يُصنَّف سريان الموائع إلى نوعين←سريان طبقي وسريان مضطرب.
شكل 1: السريان_الطبقي_والسريان_المضطرب
شكل 1: السريان_الطبقي_والسريان_المضطرب
  • يتحرك السائل بالسريان الهادئ (المستقر) عندما تنساب طبقاته المتجاورة فوق بعضها بسلاسة، فيكوّن مسارًا متصلًا يسمى خط الانسياب، ولا تتقاطع خطوط الانسياب مع بعضها.
  • ويكون اتجاه السرعة اللحظية عند أي نقطة هو اتجاه المماس المرسوم لخط الانسياب عند تلك النقطة، وتتحدد سرعة السائل عند أي نقطة بكثافة خطوط الانسياب عندها، فحيث تتزاحم الخطوط تكون السرعة مرتفعة.
  • ولكي يكون السريان هادئًا لابد من تحقق شروط، أهمها أن تكون سرعة السائل عند النقطة الواحدة ثابتة لا تتغير بمرور الزمن، وألا توجد دوامات، وألا تكون هناك قوى احتكاك مؤثرة بين طبقات السائل، وأن يكون معدل السريان ثابتًا على طول المسار، وأن يملأ السائل الأنبوبة تمامًا بحيث تتساوى كمية السائل الداخلة مع الخارجة في الزمن نفسه.
  • أما السريان المضطرب فيتميز بوجود دوامات دائرية صغيرة، ويتحول إليه السريان الهادئ إذا زادت سرعة انسياب المائع عن حد معين، أو عند انتشار الغاز من حيز صغير إلى حيز أكبر، أو عند انتقاله من ضغط مرتفع إلى ضغط منخفض.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 7 / 21
السريان الطبقي (Laminar Flow)

السريان الطبقي (Laminar Flow)

  • عندما يتحرك سائل بحيث تنزلق طبقاته المتجاورة فوق بعضها في نعومة ويسر يقال إن السائل يسري سريانًا طبقيًا.
  • وفي هذا النوع من الانسياب تتبع كل كمية صغيرة من السائل مسارًا متصلًا يسمى خط الانسياب (Streamline).
  • ويمكننا تصور سريان السائل في أنبوبة حقيقية أو افتراضية برسم مجموعة من خطوط الانسياب بتتبع مسارات أجزاء السائل المختلفة.
  • وأهم ما يميز خطوط الانسياب في هذا النوع من السريان:
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
لا تتقاطع أبدًالأن التقاطع يعني أن للجزء نفسه من السائل اتجاهين للسرعة في اللحظة نفسها وهذا مستحيلالتقاطعيعنيللجزءنفسه
المماس لأي نقطة على خط الانسياب يحدد اتجاه السرعة اللحظيةلكل كمية صغيرة من السائل عند تلك النقطةكميةصغيرةالسائلالنقطة
•
  • يسمى عدد خطوط الانسياب التي تمر عموديًا بوحدة المساحات عند نقطة معينة كثافة خطوط الانسياب
  • وهي تحدد سرعة السائل عند تلك النقطة
  • ولهذا تتزاحم خطوط الانسياب عند السرعات الكبيرة للسائل
  • وتتباعد عند السرعات المنخفضة
يسمىخطوطالانسيابعمودي
  1. فمثلًا إذا ضاقت الأنبوبة عند منطقة ما فإن خطوط الانسياب تقترب من بعضها هناك
  2. وهذا يعني أن سرعة السائل في الجزء الضيق أكبر منها في الجزء الواسع.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 8 / 21
السريان المضطرب (Turbulent Flow)

السريان المضطرب (Turbulent Flow)

  • إذا زادت سرعة انسياب السائل عن حد معين يتحول السريان إلى سريان مضطرب، ويتميز بوجود دوامات صغيرة دائرية (Vortices) تتولد في السائل، فتختلط الطبقات ببعضها وتختفي خطوط الانسياب المنتظمة.
  • وهذه الدوامات هي ما نراه في الماء حين يتدفق بعنف من صنبور مفتوح تمامًا، أو خلف قارب سريع.

ويحدث الشيء نفسه للغازات؛

  • فعندما ينتشر الغاز من حيز صغير إلى حيز كبير أو من ضغط مرتفع إلى ضغط أقل فإنه يتحرك حركة دوامية.
  • ومن أمثلة ذلك الدخان المتصاعد من عود بخور أو من شمعة، فهو يصعد في البداية في خيط منتظم (سريان انسيابي)، ثم يتحول بعد ارتفاع معين إلى حركة مضطربة متعرجة ذات دوامات.
  • جدول المقارنة بين السريان الطبقي والسريان المضطرب:
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)
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 9 / 21
السريان الهادئ (Steady Flow)

السريان الهادئ (Steady Flow)

  • قد يكون السريان الطبقي سريانًا هادئًا عندما تكون سرعة السائل عند كل نقطة في مساره ثابتة بمرور الزمن.
  • أي أن كل جزء من السائل يمر بنقطة معينة يكون له السرعة نفسها التي كانت لمن سبقه، وإن اختلفت السرعة من نقطة إلى أخرى على طول المسار.
  • وعند دراسة السريان الهادئ نتصور أنبوبة سريان (Flow Tube) بحيث تتحقق الشروط الآتية، وهي شروط السريان الهادئ في الأنابيب:
  1. يملأ السائل الأنبوبة تمامًا.
  2. كمية السائل التي تدخل الأنبوبة عند أحد طرفيها تساوي كمية السائل التي تخرج منها عند الطرف الآخر في نفس الزمن؛ أي أن معدل سريان السائل ثابت على طول مساره، وذلك لأن السائل غير قابل للانضغاط وكثافته لا تتغير مع المسافة أو الزمن.
  3. سرعة سريان السائل عند أي نقطة في الأنبوبة لا تتغير مع الزمن.
  • والعلاقة التي تربط معدل سريان السائل بسرعته وبمساحة مقطع الأنبوبة في هذه الحالة تسمى معادلة الاستمرارية، وهي موضوع الدرس التالي.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 10 / 21
معدل الانسياب الحجمي والكتلي

معدل الانسياب الحجمي والكتلي

  • لنتخيل سائلًا يسري سريانًا هادئًا في أنبوبة مساحة مقطعها A بسرعة v.
  • في زمن قدره t يتحرك السائل مسافة x = v t، وبذلك يكون الحجم الذي يعبر المقطع خلال هذا الزمن:

Vol = A × x = A v t

معدل الانسياب الحجمي (Q)←هو حجم السائل المنساب خلال مقطع الأنبوبة في وحدة الزمن:

Q = Vol / t = A v

  • ووحدته m3 / s (متر مكعب لكل ثانية)، وتستعمل أيضًا لتر/ثانية حيث

1 L = 10-3 m3

  • .
  • أما معدل الانسياب الكتلي فهو كتلة السائل المنساب خلال المقطع في وحدة الزمن.
  • وبما أن كتلة السائل = الكثافة × الحجم فإن:

Qm = ρ Q = ρ A v

(ووحدته kg / s)

  • ومن العلاقتين السابقتين نستنتج أن:
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
حجم السائل المنساب في زمن t هوVol = Q t = A v t
كتلة السائل المنساب في زمن t هيm = Qm t = ρ A v t
•تنبيهتنبيه
شكل 3: 📈 سرعة الماء مقابل مقلوب مساحة المقطع: خط مستقيم ميله معدل الانسياب. يبيّن الرسم علاقة خطية بين سرعة الماء ومقلوب مساحة المقطع، لأن معدل الانسياب Q = Av يعطي v = Q × (1/A). لذلك يمر الخط بنقطة الأصل وميله يساوي Q، ويتضح الفرق بين معدل الانسياب الحجمي والسرعة، إذ يُقاس الأول بـ m³/s والثانية بـ m/s.
شكل 3: 📈 سرعة الماء مقابل مقلوب مساحة المقطع: خط مستقيم ميله معدل الانسياب. يبيّن الرسم علاقة خطية بين سرعة الماء ومقلوب مساحة المقطع، لأن معدل الانسياب Q = Av يعطي v = Q × (1/A). لذلك يمر الخط بنقطة الأصل وميله يساوي Q، ويتضح الفرق بين معدل الانسياب الحجمي والسرعة، إذ يُقاس الأول بـ m3/s والثانية بـ m/s.

معدل الانسياب الحجمي Q ليس هو السرعة v؛

  • فالأول يقاس بـ m3 / s والثانية بـ m / s.
  • وتأكد من تحويل الوحدات (سم2 إلى م2، ودقيقة إلى ثانية) قبل التعويض.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 11 / 21
معادلة الاستمرارية

معادلة الاستمرارية

  • نختار مستويين عموديين على خطوط الانسياب في أنبوبة سريان عند مقطعين: مساحة المقطع الأول A₁ ومساحة المقطع الثاني A₂، وسرعة السائل عندهما v₁ و v₂ على الترتيب.
  • حجم السائل المنساب خلال المقطع الأول في وحدة الزمن = A₁ v₁
  • كتلة السائل المنساب خلال المقطع الأول في وحدة الزمن = ρ A₁ v₁
  • وبالمثل عند المقطع الثاني تكون كتلة السائل المنساب في وحدة الزمن ρ A₂ v₂.
  • ونظرًا لأن معدل الانسياب الكتلي ثابت في حالة السريان الهادئ (فلا يتراكم السائل ولا يُفقد بين المقطعين) فإن:

ρ A1 v1 = ρ A2 v2

  • وبما أن السائل غير قابل للانضغاط (ρ ثابتة) فبالاختصار:

A1 v1 = A2 v2

(معادلة الاستمرارية)

  • أي أن حاصل ضرب مساحة المقطع في سرعة السائل مقدار ثابت على طول الأنبوبة، وهو معدل الانسياب الحجمي.
  • ويمكن كتابتها على الصورة:

v1 / v2 = A2 / A1

  • ماذا نستنتج؟
  • أن سرعة السائل عند أي نقطة في الأنبوبة تتناسب عكسيًا مع مساحة مقطع الأنبوبة عند هذه النقطة؛
  • فينساب السائل ببطء شديد حيث تكون المساحة كبيرة، وبسرعة أكبر حيث تكون المساحة صغيرة.
  • إثبات آخر باستخدام الحجم:
معادلة الاستمرارية: السرعة تتناسب عكسيًا مع مساحة المقطع.
معادلة الاستمرارية: السرعة تتناسب عكسيًا مع مساحة المقطع.
  • السائل الذي يدخل من الطرف الأول في زمن Δt يشغل حجمًا

    Δ V1 = A1 Δ x1 = A1 v1 Δ t

    .
  • ولأن السائل غير قابل للانضغاط، لا بد أن ينتقل الحجم نفسه عند الطرف الآخر:

    Δ V2 = A2 v2 Δ t

    .
  • وبمساواة الحجمين A1 v1 Δ t = A2 v2 Δ t ومنها A1 v1 = A2 v2 .
  • وتعكس معادلة الاستمرارية في أصلها قانون بقاء الكتلة (Conservation of Mass).

وإذا كانت مقاطع الأنبوبة دائرية فإن

A = π r2 = (π d2) / 4

  • ، ولذلك:

v1 / v2 = (r2 / r1)2 = (d2 / d1)2

  • فإذا نقص القطر إلى النصف زادت السرعة أربعة أمثال، وإذا نقص إلى الثلث زادت تسعة أمثال.
  • شكل 4 📈 معادلة الاستمرارية: السرعة تتناسب عكسيًا مع مساحة المقطع.
  • يُظهر الشكل معادلة الاستمرارية، فعند مرور السائل بمقطعين مختلفين في الأنبوبة يظل معدل الانسياب الكتلي ثابتًا، أي ρA₁v₁ = ρA₂v₂.
  • ومن ذلك تتناسب السرعة عكسيًا مع مساحة المقطع، فإذا نقص القطر إلى النصف زادت السرعة أربعة أمثال لأن المساحة تتناسب مع مربع نصف القطر.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 12 / 21
أمثلة من حياتنا

أمثلة من حياتنا

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
إبهامك على فوهة خرطوم المياهعند سد جزء من فوهة الخرطوم بإصبعك تقل مساحة الفوهة فتزداد سرعة الماء الخارج منها فيصل إلى مسافة أبعدالخرطومبإصبعكمساحةالفوهة
النهر
  • يجري الماء بهدوء
  • يتسع المجرى
  • وبسرعة كبيرة عند المضايق الضيقة
يجريالماءبهدوءيتسع
الدورة الدموية
  • يتفرع الأورطي (الأبهر) إلى شرايين ثم أوعية أصغر فأصغر حتى الشعيرات الدموية
  • ورغم أن كل شعيرة دقيقة جدًا فإن مجموع مساحات مقاطع الشعيرات كبير جدًا بالنسبة لمقطع الأورطي
  • ولذلك تقل سرعة الدم في الشعيرات إلى قيمة صغيرة جدًا
  • وهذا يتيح وقتًا كافيًا لتبادل الغازات (الأكسجين وثاني أكسيد الكربون) والمواد الغذائية بين الدم والخلايا
يتفرعالأورطيالأبهرشرايين
شبكات المياه والري بالتنقيطتُصمَّم شبكات الأنابيب وأنظمة توزيع المياه اعتمادًا على معادلة الاستمرارية لتحديد أقطار الأنابيب المناسبة بحيث تصل إلى كل نقطة كمية الماء المطلوبة بالسرعة المناسبةالأنابيبوأنظمةتوزيعاعتماد

✍️ أمثلة محلولة

  • مثال 1 أنبوبة ماء قطرها الداخلي 4 cm تضيق تدريجيًا إلى قطر 2 cm.
  • إذا كانت سرعة الماء في الجزء الواسع 0.5 m/s فاحسب: (أ) سرعته في الجزء الضيق.
  • (ب) معدل الانسياب الحجمي.
  • (ج) كتلة الماء التي تمر خلال أي مقطع كل دقيقة (كثافة الماء 1000 kg/m3).
  • الحل:

(أ)

A1 v1 = A2 v2

ومنها

  1. v2 = v1 (d1 / d2)2 = 0.5 × (4 / 2)2 = 0.5 × 4 =2 m/s
  2. .

(ب) نصف القطر الأول

  • r1 = 2 cm = 0.02 mA1 = π r12 = 3.14 × (0.02)2 = 3.14 × 4 × 10-4 = 1.256 × 10-3 m2Q = A1 v1 = 1.256 × 10-3 × 0.5 =(6.28 × 10-4 m3) / s
  • (وللتحقق من الجزء الضيق r₂ = 0.01 m،

A2 = 3.14 × 10-4 m2

،

Q = 3.14 × 10-4 × 2 = (6.28 × 10-4 m3) / s

  • وهي القيمة نفسها).

(ج) حجم الماء في الدقيقة =

Q t = 6.28 × 10-4 × 60 = 3.768 × 10-2 m3

الكتلة = ρ × الحجم =

1000 × 3.768 × 10-2 =37.68 kg

  • .

✍️ أمثلة محلولة

  • مثال 2 تبلغ سرعة الدم في الأورطي لشخص بالغ 0.30 m/s ونصف قطر الأورطي 1.0 cm.
  • إذا كانت مساحة المقطع الكلية للشعيرات الدموية التي يتوزع عليها الدم 0.30 m2 فما سرعة الدم في الشعيرات؟
  • الحل:
  • A1 = π r2 = 3.14 × (0.01)2 = 3.14 × 10-4 m2Q = A1 v1 = 3.14 × 10-4 × 0.30 = (9.42 × 10-5 m3) / sv2 = Q / A2 = (9.42 × 10-5) / 0.30 = (3.14 × 10-4 m) / s ≈ 0.31 mm/s
  • أي أن الدم يتحرك في الشعيرات بسرعة أقل من سرعته في الأورطي بنحو ألف مرة، وهذا يعطي الفرصة الكافية لتبادل الغازات.
  • مثال 3 يراد ملء خزان سعته 1.2 m3 بالماء من خلال أنبوبة مساحة مقطعها 5 cm2 يتدفق فيها الماء بسرعة 2 m/s. احسب الزمن اللازم لملء الخزان.
  • الحل:
  • A = 5 cm2 = 5 × 10-4 m2Q = A v = 5 × 10-4 × 2 = (1 × 10-3 m3) / st = Vol / Q = 1.2 / (1 × 10-3) = 1200 s =20
  • دقيقة.
  • مثال 4 يتدفق زيت كثافته 900 kg/m3 في أنبوبة مساحة مقطعها 0.01 m2 بسرعة 1.5 m/s.
  • احسب معدل الانسياب الكتلي، وكتلة الزيت المنساب خلال 10 دقائق.
  • الحل:

معدل الانسياب الكتلي =

ρ A v = 900 × 0.01 × 1.5 =13.5 kg/s

الكتلة خلال 10 دقائق

(600 s) = 13.5 × 600 =8100 kg

  • .
  • مثال 5 (استنتاج قطر) خرطوم مياه قطره 2.4 cm يخرج منه الماء بسرعة 1.5 m/s.
  • أُلحقت بنهايته فوهة جعلت سرعة خروج الماء 6 m/s.
  • احسب قطر الفوهة.
  • الحل:
  • d22 = d12 × (v1 / v2) = (2.4)2 × (1.5 / 6) = 5.76 × 0.25 = 1.44
  • ومنها d₂ = 1.2 cm.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 13 / 21
معلومة إضافية: مبدأ برنولي

معلومة إضافية: مبدأ برنولي

معلومة إضافية (إثرائية)←هذه الفقرة إثرائية في الكتاب المدرسي، لكنها تفسر ظواهر شائعة.
  • يصف مبدأ برنولي العلاقة بين ضغط المائع وسرعته كلما زادت سرعة المائع قل ضغطه (بشرط تساوي المستوى الأفقي).
  • وتعبر العلاقة الرياضية عن ذلك لمائع في سريان هادئ:

P + ½ ρ v2 + ρ g h = مقدار ثابت

  1. وفي سريان أفقي (h ثابتة) يكون P₁ − P₂ = ½ ρ (v₂2 − v₁2).
  2. جناح الطائرة.
  • يُصمَّم جناح الطائرة بحيث يكون سطحه العلوي منحنيًا فيمر الهواء فوقه بسرعة أكبر من سرعته على السطح السفلي.
  • فيكون ضغط الهواء عند السطح العلوي (P₂) أقل من ضغط الهواء عند السطح السفلي (P₁)، وينتج عن فرق الضغط هذا قوة تدفع الطائرة لأعلى هي قوة الرفع.
  • مثال ماء يسري أفقيًا بسرعة 1 m/s ثم يضيق مجراه فتصبح سرعته 4 m/s.
  • فرق الضغط بين الموضعين = ½ ×

    1000 × (42 – 12) = 500 × 15 = 7500 Pa

    ، والضغط أقل في الجزء الضيق (الأسرع).
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 14 / 21
تجارب توضح معنى اللزوجة

تجارب توضح معنى اللزوجة

  1. يمكن إدراك معنى اللزوجة من التجارب البسيطة الآتية:
  2. التجربة الأولى (القمعان):
  • نعلق قمعين متماثلين في حامل، ونضع أسفل كل منهما كأسًا فارغة، ثم نصب في أحدهما حجمًا معينًا من الكحول وفي الآخر حجمًا مساويًا من الجلسرين، ونلاحظ سرعة انسياب كل سائل.
  • نجد أن سرعة انسياب الكحول أكبر من سرعة انسياب الجلسرين، أي أن قابلية الكحول للانسياب أكبر من قابلية الجلسرين.
    شكل 5: مقارنة_انسياب_الكحول_والجلسرين

    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.

مقارنة_انسياب_الكحول_والجلسرين
مقارنة_انسياب_الكحول_والجلسرين
  • التجربة الثانية (الماء والعسل):
  • نأخذ كأسين متماثلتين، في إحداهما حجم معين من الماء وفي الأخرى حجم مساوٍ من العسل، ونقلب السائل في كل كأس بساق زجاجية.
  • نلاحظ أن الساق تتحرك في الماء بسهولة أكبر منها في العسل.
  • وعند إخراج الساق نلاحظ أن حركة العسل تتوقف بعد فترة وجيزة، في حين تستمر حركة الماء فترة أطول.
  • التجربة الثالثة (الكرة الساقطة):
  • نأخذ مخبارين متماثلين طويلين، نملأ الأول بالماء والثاني بالجلسرين حتى قرب فوهتيهما، ثم نلقي برفق كرة معدنية (من الصلب مثلًا) في كل منهما، ونسجل بساعة إيقاف زمن وصول كل كرة إلى القاع.
  • نجد أن زمن وصول الكرة خلال الماء أقل من زمن وصول كرة مماثلة خلال الجلسرين، مما يدل على أن الجلسرين يقاوم حركة الكرة بمقدار أكبر.
    شكل 6: الكرة_الساقطة_والمقاومة_اللزوجية

    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.

  • ما نستخلصه من التجارب:
  1. بعض السوائل كالماء والكحول ذات لزوجة صغيرة، فتكون قابليتها للانسياب كبيرة، في حين تكون مقاومتها لحركة الأجسام فيها صغيرة.
  2. بعض السوائل كالعسل والجلسرين ذات لزوجة كبيرة، فتكون قابليتها للانسياب صغيرة، في حين تكون مقاومتها لحركة الأجسام فيها كبيرة.
الكرة_الساقطة_والمقاومة_اللزوجية
الكرة_الساقطة_والمقاومة_اللزوجية
الكرة_الساقطة_والمقاومة_اللزوجية←تجارب توضح معنى اللزوجة
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 15 / 21
تفسير خاصية اللزوجة

تفسير خاصية اللزوجة

  • لتفسير اللزوجة نتصور كمية من السائل محصورة بين لوحين مستويين، أحدهما ساكن والآخر يتحرك بسرعة ثابتة v:
  • طبقة السائل الملامسة للوح الساكن تكون ساكنة.
  • طبقة السائل الملامسة للوح المتحرك تتحرك بنفس سرعته v.
  • طبقات السائل بين اللوحين تتحرك بسرعات تتراوح من الصفر إلى v، بحيث تتزايد السرعة من اللوح الساكن إلى اللوح المتحرك، وتكون سرعة كل طبقة أقل من سرعة الطبقة التي تعلوها.
  • ويرجع هذا الاختلاف النسبي في السرعة إلى سببين:
  • أ) وجود قوى احتكاك بين سطح اللوح الصلب وطبقة السائل الملاصقة له.
  • وتُعزى هذه القوى إلى التلاصق بين جزيئات سطح الصلب وجزيئات السائل المجاورة مباشرة، فتمسك بها وتعوق انسيابها فتبدو هذه الطبقة ساكنة.
  • ولنفس السبب تتحرك الطبقة العليا بنفس سرعة اللوح العلوي.
  • ب) وجود قوى شبيهة بقوى الاحتكاك بين كل طبقة من طبقات السائل والطبقة التي تعلوها، فتعوق انزلاق بعضها فوق بعض، مما يسبب فرقًا نسبيًا في السرعة بين كل طبقة والتي تعلوها.
  • ومن ثم نعرِّف اللزوجة بأنها الخاصية التي تتسبب في وجود مقاومة أو احتكاك بين طبقات السائل، بحيث تعوق انزلاق بعضها فوق بعض.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 16 / 21
معامل اللزوجة (η)

معامل اللزوجة (η)

  • بالرجوع إلى اللوحين، لكي يحتفظ اللوح العلوي بسرعة ثابتة v فلا بد أن تؤثر عليه قوة مماسية F مساوية لقوة اللزوجة (قوة الاحتكاك بين الطبقات).
  • وقد وُجد أن هذه القوة:
  • تتناسب طرديًا مع مساحة اللوح المتحرك (A) — فكلما زادت المساحة زادت الطبقات الملامسة.
  • تتناسب طرديًا مع سرعته (v).
  • تتناسب عكسيًا مع المسافة العمودية بين اللوحين (d).
  • أي أن (F ∝ A v) / d ، وبإدخال ثابت التناسب η:

F = (η A v) / d

ومنها

η = (F d) / (A v)

  • ويسمى η معامل اللزوجة للسائل.
  • تعريف معامل اللزوجة هو القوة المماسية المؤثرة على وحدة المساحات، والتي ينتج عنها فرق في السرعة مقداره وحدة السرعة بين طبقتين من السائل المسافة العمودية بينهما وحدة المسافة.
  • وحدة القياس:
  • من العلاقة

    η = (F d) / (A v)

    تكون الوحدة

    (N· m) / ((m2 · m) / s) =(N· s) / m2

    وتكافئ kg / (m· s) (لأن N = (kg· m) / s2).
  • وتسمى أيضًا باسكال·ثانية (Pa·s).
شكل 7: 📈 القوة المماسية مقابل السرعة لطبقة سائل لزج: خط مستقيم ميله η A / d . يمثل الرسم القوة المماسية F مقابل سرعة اللوح v، فينتج خط مستقيم يمر بنقطة الأصل وميله ηA/d. ومن هذه العلاقة يُستخرج معامل اللزوجة η = Fd/(Av)، وتتضاعف القوة اللازمة إذا تضاعفت سرعة اللوح لأن فرق السرعة بين الطبقات يزداد بالمقدار نفسه.
شكل 7: 📈 القوة المماسية مقابل السرعة لطبقة سائل لزج: خط مستقيم ميله η A / d . يمثل الرسم القوة المماسية F مقابل سرعة اللوح v، فينتج خط مستقيم يمر بنقطة الأصل وميله ηA/d. ومن هذه العلاقة يُستخرج معامل اللزوجة η = Fd/(Av)، وتتضاعف القوة اللازمة إذا تضاعفت سرعة اللوح لأن فرق السرعة بين الطبقات يزداد بالمقدار نفسه.
  • ويعتمد معامل اللزوجة لسائل نقي على نوع السائل ودرجة حرارته.
  • (وتقل لزوجة السوائل عمومًا بارتفاع درجة الحرارة، ولذلك يسيل العسل بسهولة عند تسخينه).
  • أمثلة محلولة:

✍️ أمثلة محلولة

  • مثال 1 لوح مساحته 0.2 m2 يتحرك فوق طبقة من الزيت سمكها 2 mm بسرعة ثابتة 0.5 m/s تحت تأثير قوة مماسية 0.5 N. احسب معامل لزوجة الزيت.
  • الحل:
  • d = 2 mm = 2 × 10-3 mη = (F d) / (A v) = (0.5 × 2 × 10-3) / (0.2 × 0.5) = (1 × 10-3) / 0.1 =(0.01 N· s) / m2
  • .
  • مثال 2 طبقة من الجلسرين سمكها 1 mm بين لوحين، مساحة اللوح المتحرك 0.04 m2.
  • احسب القوة المماسية اللازمة لتحريك اللوح بسرعة 0.02 m/s إذا كان معامل لزوجة الجلسرين (1.5 N· s) / m2.
  • الحل:
  • F = (η A v) / d = (1.5 × 0.04 × 0.02) / (1 × 10-3) = (1.2 × 10-3) / (10-3) =1.2 N
  • .
  • مثال 3 تؤثر قوة مماسية 0.3 N على لوح مساحته 0.05 m2 يتحرك على طبقة سائل سمكها 0.5 mm ومعامل لزوجته (0.6 N· s) / m2.
  • احسب سرعة اللوح.
  • الحل:
  • v = (F d) / (η A) = (0.3 × 5 × 10-4) / (0.6 × 0.05) = (1.5 × 10-4) / 0.03 =(5 × 10-3 m) / s
  • .
  • مثال 4 إذا ضوعفت سرعة اللوح (مع ثبات باقي العوامل) فماذا يحدث للقوة اللازمة؟ ولماذا؟
  • الحل F ∝ v فتتضاعف القوة؛ لأن فرق السرعة بين الطبقات يتضاعف فتتضاعف قوى الاحتكاك بينها.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 17 / 21
تطبيقات خاصية اللزوجة

تطبيقات خاصية اللزوجة

أولًا: تزييت الآلات المعدنية.←ينبغي تشحيم أو تزييت الآلات المعدنية من وقت لآخر؛ لأن التشحيم يؤدي إلى:
  1. أثناء الاحتكاك بين الأجزاء المتحركة.
  2. حماية أجزاء الآلة من التآكل.
  • وتتم عملية التزييت باستخدام أنواع من الزيوت ذات اللزوجة الكبيرة؛
  • لأننا لو استخدمنا الماء (وهو ذو لزوجة صغيرة) لانساب بسرعة بعيدًا عن أجزاء الآلة لضعف قوة التصاقه بها أثناء حركتها.
  • فلا بد من سوائل تلتصق بأجزاء الآلة ولا تنساب بسرعة رغم الحركة الدائبة.
  • (ولذلك تُكتب على علب زيوت المحركات رموز مثل 20W-50 تدل على درجة اللزوجة.
  • ومن العوامل التي يعتمد عليها المهندس في اختيار الزيت المناسب درجة حرارة تشغيل المحرك والمناخ ونوع المحرك).
  • ثانيًا المركبات المتحركة.
  • عندما تبلغ السيارة سرعتها القصوى فإن الشغل الذي تبذله الآلة والمستمد من الوقود يعمل معظمه ضد مقاومة الهواء للسيارة (الناتجة عن لزوجة الهواء)، وأيضًا ضد قوة الاحتكاك بين الإطارات والأرض.
  • وفي السرعات الصغيرة والمتوسطة تتناسب مقاومة الهواء طرديًا مع سرعة الجسم المتحرك فيه، أما عندما تزداد السرعة عن حد معين فإن المقاومة لا تتناسب مع السرعة فقط بل مع مربع السرعة.
  • ويعني هذا أن معدل استهلاك الوقود يزداد بسرعة كبيرة مع زيادة السرعة عن هذا الحد، ولذلك يلجأ السائق الخبير إلى تقليل السرعة لتوفير الوقود.
  • ثالثًا قياس سرعة ترسيب الدم.
  • عند سقوط كرة رأسيًا في سائل تتأثر بثلاث قوى وزنها لأسفل، وقوة دفع السائل لها لأعلى، وقوة الاحتكاك (اللزوجة) لأعلى.
  • وبحساب محصلة القوى وُجد أن الكرة تتحرك بسرعة منتظمة نهائية تزداد بزيادة نصف قطرها.
  • ويمكن استخدام ذلك في الطب بأخذ عينة من الدم وقياس سرعة ترسيبها، فيعرف الطبيب إن كان حجم كرات الدم طبيعيًا أم لا.
  • فعلى سبيل المثال في حالة الحمى الروماتزمية تزداد سرعة ترسيب الدم عن المعدل الطبيعي، نتيجة التصاق كرات الدم الحمراء ببعضها، فيزداد حجمها ونصف قطرها وبالتالي تزداد سرعة الترسيب.
  • أما في حالة الإصابة بالأنيميا فإن حجم كرات الدم الحمراء ونصف قطرها يقلان.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 18 / 21
فكر

فكر

لماذا تقل لزوجة الزيت عند تسخينه؟لأن ارتفاع درجة الحرارة يزيد من حركة الجزيئات فتقل قوى التماسك بين الطبقات، فتنزلق بسهولة أكبر.
لماذا يُستخدم زيت بلزوجة معينة في محرك السيارة وليس الماء؟كما سبق: الزيت يلتصق بالأجزاء ويكوّن طبقة تفصلها ولا ينساب بسرعة.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 19 / 21
ملخص الفصل

ملخص الفصل

أولًا←التعاريف والمفاهيم الأساسية
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الكثافة (ρ)كتلة وحدة الحجوم من المادة، ووحدتها kg / m3.كتلةوحدةالحجومالمادة
المائعمادة قابلة للانسياب ولا تتخذ شكلًا محددًا بذاتهامادةقابلةللانسيابتتخذ
السريان الهادئ في الأنابيب يتطلب أن
  • يملأ السائل الأنبوبة تمامًا
  • وتكون كمية السائل الداخلة عند أحد الطرفين مساوية للخارجة من الطرف الآخر في نفس الزمن
  • وتكون سرعة السائل عند أي نقطة لا تتغير مع الزمن
يملأالسائلالأنبوبةتمام
اللزوجةالخاصية التي تتسبب في وجود مقاومة أو احتكاك بين طبقات السائل تعوق انزلاق بعضها فوق بعضالخاصيةتتسببوجودمقاومة
معامل اللزوجةالقوة 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
ثانيًاالقوانين والعلاقات المهمةالقوانينوالعلاقاتالمهمة
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الكثافة
  • ρ = m / Vol
  • والكثافة النسبية = ρ المادة / ρ الماء (بدون وحدة)
والكثافةالنسبيةالمادةالماء
حجم السائل المنساب في زمن tVol = Q t = A v t
كتلة السائل المنساب في زمن tm = Qm t = ρ Q t = ρ A v t
معادلة الاستمراريةA1 v1 = A2 v2
معامل اللزوجةη = (F d) / (A v)
(معلومة إضافية) مبدأ برنوليP + ½ρv2 + ρgh = ثابت½ρv2ثابت
•
  • egp-ex{margin:18px 0
  • border:1px solid rgba(79
  • 224
  • border-radius:16px
  • overflow:hidden
  • background:#fff}.egp-ex-h{padding:10px 16px
  • font-weight:800
  • background:linear-gradient(90deg
  • #4f3fe0
  • #22c1c3)
  • color:#1e1b4b}.egp-ex-tabs{display:flex
  • flex-wrap:wrap
  • gap:6px
  • padding:10px 12px
  • background:#f7f6ff}.egp-ex-b{border:1px solid rgba(79
  • 224
  • background:#fff
  • border-radius:20px
  • padding:5px 14px
  • font-weight:700
  • cursor:pointer}.egp-ex-b.on{background:#4f3fe0
  • color:#1e1b4b}.egp-ex-p{padding:12px 16px}function egpEx(b
  • k){var w=b.closest(‘.egp-ex’)
  • w.querySelectorAll(‘.egp-ex-b’).forEach(function(x
  • i){x.classList.toggle(‘on’
  • i===k)})
  • w.querySelectorAll(‘.egp-ex-p’).forEach(function(x
  • i){x.hidden=i!==k})}
margin18pxbordersolid

اختبر نفسك على هذا الدرس

  1. تم توزيع أسئلة بنك الدرس على نقاط الشرح أعلاه
  2. وكل نقطة تحتها أسئلتها. ولحل البنك كاملًا في صفحة واحدة:
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 20 / 21
مقدمة

مقدمة

  • 📖

📌 قاموس المفاهيم والمصطلحات العلمية الدقيقة:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
السريان الهادئ والاضطرابيالسريان الهادئ (Laminar/Streamline): انزلاق طبقات السائل بنعومة وسرعات معتدلة دون دوامات وتكون خطوط الانسياب متوازية. السريان المضطرب (Turbulent): سرعات عالية مصحوبة بدوامات دائرية متقاطعةLaminarStreamlineانزلاقطبقات
خط الانسياب ومعدل السريان
  • خط الانسياب هو المسار الوهمي الذي يتخذه أي جسيم من السائل أثناء حركته. معدل السريان الحجمي Q_v = A v (m3/s)
  • ومعدل السريان الكتلي Q_m = ρ A v (kg/s)
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

⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
معدل السريان الحجميQ_v = A v = V / t (m3/s)
معدل السريان الكتليQ_m = ρ Q_v = ρ A v = m / t (kg/s)
معادلة الاستمراريةA₁ v₁ = A₂ v₂ = r₁2 v₁ = r₂2 v₂
في حالة تفرع الأنبوبة لعدة فروعA v = A₁ v₁ + A₂ v₂ + … = n (a v) (إذا كانت الفروع متماثلة)كانتالفروعمتماثلة
قانون اللزوجةF = η (A v / d)

🔍 الشرح المستفيض والتعليلات العلمية المعتمدة (“علل”):

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
علل: يضيق مجرى الماء المنسكب من الصنبور كلما اقترب من الأرض؟
  • لأن عجلة الجاذبية تزيد من سرعة الماء أثناء سقوطه (v تزداد)
  • وطبقاً لمعادلة الاستمرارية (A v = ثابت)
  • فإن مساحة مقطع عمود الماء (A) تتناقص عكسياً مع زيادة السرعة
عجلةالجاذبيةتزيدسرعة
علل: تقل سرعة الدم كثيراً في الشعيرات الدموية عنها في الشريان الأورطي؟
  • لأن المساحة الكلية لمقاطع ملايين الشعيرات الدموية مجتمعة أكبر بكثير من مساحة مقطع الشريان الأورطي الواحد
  • فتتباطأ السرعة لتسمح بتبادل الغازات والمغذيات بكفاءة
المساحةالكليةلمقاطعملايين
علل: يُفضل استخدام زيوت عالية اللزوجة في تشحيم الآلات صيفاً؟
  • لأن ارتفاع درجات الحرارة يقلل من لزوجة الزيوت
  • فتستخدم زيوت عالية اللزوجة حتى تظل محتفظة بقدرتها على تغطية التروس وتقليل الاحتكاك والتآكل
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

💡 كبسولة الفنيات وتريكات الامتحانات والأسئلة الوزارية 2026/2027:

  • خطوط الانسياب لا تتقاطع أبداً وكثافتها عند نقطة تمثل سرعة السائل عندها.
  • وحدة معامل اللزوجة N·s/m2 = Pa·s = kg/(m·s).
  • في السريان الطبقي تنزلق طبقات السائل المتجاورة فوق بعضها في نعومة ويسر، وتتبع كل كمية صغيرة منه مسارًا متصلًا.
  • خطوط الانسياب في السريان الطبقي لا تتقاطع، والمماس عند أي نقطة عليها يحدد اتجاه السرعة اللحظية.
  • تكون خطوط الانسياب متقاربة حيث تكون سرعة السائل كبيرة، ومتباعدة حيث تقل السرعة.
  • يحدث السريان المضطرب عندما تتجاوز سرعة السائل حدًا معينًا، ويتميز بظهور دوامات صغيرة دائرية.
  • السريان الهادئ هو السريان الذي تظل فيه سرعة السائل عند كل نقطة ثابتة مع مرور الزمن.
  • في السريان الهادئ يبقى معدل سريان السائل ثابتًا على طول الأنبوبة، لأن السائل غير قابل للانضغاط.
  • وفق معادلة الاستمرارية، يتساوى حاصل ضرب مساحة المقطع في سرعة السائل عند أي مقطعين من الأنبوبة.
  • تقل سرعة السائل كلما زادت مساحة مقطع الأنبوبة، فيجري ببطء في الجزء العريض ويسرع في الجزء الضيق.
  • اللزوجة خاصية تنشأ عنها قوى تشبه الاحتكاك بين طبقات السائل، فتعوق انزلاق بعضها فوق بعض.
  • يعتمد معامل اللزوجة للسائل النقي على نوع السائل ودرجة حرارته.
الفصل الرابع — خواص الموائع المتحركة (الهيدروديناميكا) · 21 / 21