กลศาสตร์ของไหล Fluid Mechanics

1. กลศาสตร์ของไหลFluid Mechanics

2. ของไหล (Fluid) คือ สสารใดๆ ที่ สามารถไหลได้ (any substance that can flow) ของไหล คือสสารที่ทนความเค้น เฉือน (shear strain) ไม่ได้!

3. ของไหล(Fluids) • ของไหลสถิต (static fluids) • พลศาสตร์ของของไหล (fluid dynamics)

4. ความหนาแน่น(Density)

5. ความถ่วงจำเพาะSpecific Gravity ความถ่วงจำเพาะ คือ อัตราส่วนของความหนาแน่นของสารต่อความหนาแน่นของสารมาตรฐานชนิดหนึ่ง

6. ความดันจากของไหล พิจารณาวัตถุหนึ่งที่อยู่ภายในของไหล • เกิดอะไรขึ้นเมื่อวัตถุจมอยู่ในของไหล? –ของไหลจะออกแรงกระทำในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวที่มันสัมผัส (ไม่ว่าพื้นผิวจะมีทิศไปทางใด) • แรงนี้มาจากไหน? –จากการที่โมเลกุลเคลื่อนที่ชนกันและชนกับสิ่งแวดล้อมที่พวกมันอยู่

7. นิยามของความดัน ความดัน (P) ถูกนิยามไว้ว่า คือแรง (ในทิศตั้งฉาก) ที่กระทำต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ หน่วยของความดัน คือ N/m2 หรือเรียกว่า pascal (Pa) โดยที่ 1 Pa = 1 N/m2 ในบางครั้งเราอาจใช้หน่วย บรรยากาศ (atmosphere, atm) โดย 1 atm = 1.013 x 105 Pa

8. ความดันกับปริมาตร ถ้าภาชนะใหญ่กว่าเดิมความดันก๊าซ จะลดลงเนื่องจาก พื้นที่ผิวที่โมเลกุล ก๊าซวิงเข้าชนมีขนาดใหญ่ขึ้น (โมเลกุลต้องเดินทางไกลขึ้น)

9. ความดันบรรยากาศ ความดันบรรยากาศ (Atmospheric Pressure) คือน้ำหนักของอากาศที่กดทับเรา อยู่ต่อหนึ่งหน่วยพื้นที

22. = 1 atm = 1.013  105 Pa

35. วิธีทำ วัตถุลอยอยู่ในน้ำได้แสดงว่าแรงลอยตัวที่น้ำกระทำต่อวัตถุเท่ากับน้ำหนักของวัตถุ นั่นคือ คือความหนาแน่นของวัตถุ และ คือปริมาตรทั้งหมดของวัตถุ และเราทราบว่าแรงลอยตัวที่น้ำกระทำต่อวัตถุเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ถูกวัตถุแทนที่ นั่นคือ ตัวอย่าง วัตถุของแข็งรูปลูกบาศก์ลอยอยู่ในน้ำ โดยมีส่วนที่อยู่เหนือผิวน้ำ 30% จงหาความหนาแน่นของวัตถุชิ้นนี้

36. ความตึงผิว (Surface Tension)

37. แรงตึงผิว (surface tension force) 1 dyn/cm = 10-3 N/m 105 dyn = 1 N

38. วิธีทำ Ex วงแหวนบางมากผูกด้วยเชือกวางอยู่บนผิวของเหลวชนิดหนึ่ง วงแหวนนี้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5.0 cm และมีมวล 1.0g พบว่าถ้าต้องการดึงวงแหวนให้หลุดออกจากผิวของเหลวพอดีต้องออกแรงดึงเชือกขนาด 3.3 10-2 N จงหาค่าความตึงผิวของของเหลวนี้

39. การไหลของของไหล(Fluid Flow) • Steady or unsteady flow • Compressible or incompressible flow • Viscous or nonviscous flow • Rotational or irrotational flow

40. Steady or unsteady flow Steady flow : ความเร็วของอนุภาคของไหล (fluid particles) ณ จุดใดๆ ในของไหลคงที่เทียบกับเวลา Unsteady flow : ความเร็วของอนุภาคของไหล ณ จุดใดๆ ในของไหลเปลี่ยนแปลงตามเวลา

41. Compressible or incompressible flow Incompressible fluid : ของไหลที่ถูกบีบอัดไม่ได้ เป็นของไหลที่มีความหนาแน่นคงที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามความดัน Compressible fluid : ของไหลที่ถูกบีบอัดได้ ความหนาแน่นมีการเปลี่ยนแปลงได้เมื่อมีการไหล (compressible flow) เช่น ก๊าซ

42. Viscous or nonviscous flow Viscous fluid คือ ของไหลที่มีความหนืด (viscosity) เช่น น้ำผึ้ง ของไหลอุดมคติ (ideal fluid) เป็นของไหลที่ไม่มีความหนืดเลย

43. Rotational or irrotational flow Rotational flow เป็นการไหลแบบหมุนวน เกิดจากอนุภาคของของไหลมีความเร็วในแนวดิ่งไม่เท่ากัน

44. Flow line • เส้นทางการเคลื่อนที่ของแต่ละอนุภาคของของไหลที่กำลังเคลื่อนที่เรียกว่า flow line • บริเวณที่ถูกล้อมรอบด้วย flow line เรียกว่า flow tube

45. Streamline Streamline คือ เส้นที่ลากผ่านอนุภาคของไหล โดยเส้นนี้ขนานกับเวกเตอร์ความเร็วของอนุภาคของไหล ณ จุดที่เส้นลากผ่าน

46. สมการการต่อเนื่องThe Equation of Continuity ของไหลที่พิจารณาเป็นของไหลอุดมคติ ที่มีสมบัติ incompressible และ nonviscous และมีการไหลแบบ steady และ irrotational มวลรวมภายใน flow tube มีค่าคงที่dm1 = dm2 สมการความต่อเนื่อง

47. อัตราการไหลเชิงปริมาตร(volume flow rate) อัตราการไหลเชิงมวล (mass flow rate)

48. คำถาม

49. คำถาม

50. สมการของแบร์นุลลี(Bernoulli’s Equation) สมการของแบร์นุลลีเป็นสมการที่แสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่าง ความดัน อัตราเร็ว และความสูงของของไหล โดยพิจารณาของไหลอุดมคติ • จากสมการการต่อเนื่อง A1v1 = A2v2 • อัตราเร็วที่เปลี่ยนแปลงบ่งบอกถึงอัตราเร่งหรือหน่วง • อัตราเร็วที่เพิ่มขึ้นของของไหล (ของไหลมีอัตราเร่ง) บ่งบอกว่ามีแรงสุทธิที่กระทำต่อส่วนของของไหลให้ไหลจากบริเวณที่มีความดันมากไปยังบริเวณที่มีความดันน้อย A2v2 A1v1