سوائل وغازات — الكثافة، الطفو، والسريان
اختر جسمًا وأغمسه في الماء 💧 — هل يطفو 🎈 أم يغوص ⬇️؟ قارن كثافته بكثافة الماء (1000 kg/m³).
هي المواد التي تتميز بقدرتها على الانسياب، وبالتالي تشمل الموائع السوائل والغازات. الغازات قابلة للانضغاط بسهولة، بينما تقاوم السوائل الضغط تقريبًا — حركة انسيابية غير قابلة للانضغاط Incompressible. للسوائل حجم معين؛ الغازات تشغل أي حيز توجد فيه.
نسبة كثافة المادة إلى كثافة الماء عند 4°C (=1000 kg/m³). كثافة الماء عند 4°C = 1000 kg/m³.
الكثافة النسبية=كتلة نفس الحجم من الماء عند 4°Cكتلة حجم معين من المادة
بلا وحدة — نسبة بين كميتين متجانستين.
هي خاصية أساسية لأي مادة، ويرمز لها ρ، وتعرف بـ كتلة وحدة الحجم. سبب اختلاف الكثافة: (١) اختلاف الكتلة الذرية/الجزيئية (٢) اختلاف المسافات البينية. الأجسام ذات الكثافة الأصغر تطفو فوق سوائل أكثر كثافة.
قياس كثافة محلول الإلكتروليت (حمض كبريتيك مخفف) يُستخدم للاستدلال على شحن البطارية. عند التفريغ تقل الكثافة (استهلاك H₂SO₄ وتكوين PbSO₄). عند الشحن تتحرر أيونات الكبريتات فتزداد الكثافة.
الدم: كثافة طبيعية 1040–1060 kg/m³ — زيادتها = زيادة تركيز كريات الدم؛ نقصها = أنيميا.
البول: ~1020 kg/m³ — بعض الأمراض تزيد إفراز الأملاح فترتفع الكثافة.
عندما تنزلق طبقات السائل المتجاورة بسلاسة يُقال إنه يسري سريانًا طبقيًا. كل كمية صغيرة تتبع مسارًا متصلًا = خط انسياب Streamline. أهم ما يميزه: خطوط الانسياب لا تتقاطع؛ المماس لأي نقطة يحدد اتجاه السرعة اللحظية؛ كثافة خطوط الانسياب تحدد سرعة السريان — تتزاحم عند السرعات الكبيرة وتتباعد عند المنخفضة.
إذا زادت سرعة السائل عن حد معين يصبح السريان مضطربًا — دوامات صغيرة دائرية Vortices. يحدث للغازات أيضًا عند انتشارها من حيز ضيق لحيز واسع أو من ضغط عالٍ لأقل.
قد يكون السريان الطبقي هادئًا عندما تكون سرعة السائل عند كل نقطة في مساره ثابتة بمرور الزمن.
المائع يشمل —
المائع = قابل للانسياب — سوائل + غازات.
ρ=m/V — وحدة SI للكثافة —
كثافة = كتلة/حجم.
جسم كثافته 800 kg/m³ في ماء (1000) —
كثافة أصغر → طفو فوق سائل أكثر كثافة.
الكثافة النسبية —
نسبة كميتين متجانستين → بلا وحدة.
السريان الطبقي Laminar —
طبقات تنزلق بسلاسة — streamlines.
السريان الهادئ Steady Flow —
طبقي + سرعة لا تتغير مع الزمن عند كل نقطة.