fluid
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

fluid

on

  • 2,952 views

fluid

fluid

Statistics

Views

Total Views
2,952
Views on SlideShare
2,952
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
15
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

fluid fluid Presentation Transcript

  • 2-9 ของไหล Slide นี้จัดทำตามเนื้อหาของ หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติม ฟิสิกส์ เล่ม ๒ของ สสวท . กระทรวงศึกษาธิการ เผยแพร่เพื่อประโยชน์ต่อสังคมโดยไม่หวังผลกำไรหรือประโยชน์ทางการค้าใดๆ สำหรับคุณครูใช้สอนศิษย์ และสำหรับนักเรียนใช้อ่านประกอบการเรียน ศรัณยู อังศุสิงห์ ( qlmtls@yahoo.co.th)
  • ความหนาแน่น (Density)
    • เป็นสมบัติเฉพาะตัวของสาร โดยทั่วไปจะหมายถึงความหนาแน่นมวล (mass density) หมายถึงปริมาณมวลสารในหนึ่งหน่วยปริมาตร
    • สารปริมาตร V มีมวล m จะได้
    • ความหนาแน่นเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
    • น้ำมีความหนาแน่น 1,000 kg/m 3
    ความหนาแน่นของสาร
  • ความหนาแน่นสัมพัทธ์ (Relative Density)
    • หมายถึงอัตราส่วนระหว่างความหนาแน่นของสารนั้นกับความหนาแน่นของสารอ้างอิง
    • นิยมใช้น้ำบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิ 4 องศาที่มีความหนาแน่น 1,000 kg/m 3 เป็นสารอ้างอิง
    • สมัยก่อนเรียกความหนาแน่นสัมพัทธ์ที่ใช้น้ำเป็นสารอ้างอิง ว่า ความถ่วงจำเพาะ (specific gravity)
  • ความดันในของเหลว
    • ของเหลวที่บรรจุอยู่ในภาชนะ เราจะเห็นว่ามีแรงกระทำกับผนังของภาชนะทุกส่วนที่สัมผัสกับของเหลว ถ้าเจาะรูภาชนะจะเห็นว่าของเหลวจะพุ่งออกมา
    • จริงๆแล้วในของเหลวไม่ว่าจะพิจารณาที่พื้นที่ใด จะมีแรงมากระทำเสมอ
    • ขนาดของแรงที่กระทำตั้งฉากต่อพื้นที่หนึ่งหน่วย เรียกว่า ความดัน (Pressure)
  • ความดันในของเหลว
    • ให้ F เป็นแรงที่ของเหลวกระทำตั้งฉากกับพื้นที่ A
    • P เป็นความดันที่เกิดจากของเหลวกระทำบนพื้นที่ A จะเขียนได้ว่า
    • ความดันเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นนิวตันต่อตารางเมตร ( N/m 2 ) หรือ Pascal (Pa)
    F A
    • แรง F มาจากไหน
    • จริงแล้วก็คือน้ำหนักของของไหล
    • ที่อยู่เหนือพื้นที่ A นั่นเอง
    • ถ้าอย่างนั้นที่ที่ลึก ก็จะมีแรง
    • มากกว่าที่ตื้น ใช่หรือไม่
  • ความดันในของเหลวขึ้นกับความลึก
    • ความดันในของเหลวมีค่าเพิ่มตามความลึก
    • พิจารณาของเหลวที่มีความหนาแน่น  อยู่นิ่งในภาชนะเปิดสู่บรรยากาศ
    • W เป็นน้ำหนักของเหลวบนพื้นที่ A
    • W = Mg =  Ahg
    • P 0 เป็นความดันบรรยากาศ ดังนั้นแรงที่อากาศกระทำต่อพื้นที่ A ด้านบนคือ P 0 A
    • ของเหลวอยู่ในสภาวะสมดุล
    • PA = P 0 A +  Ahg
    • P = P 0 +  gh
    P 0 A PA
  • P = P 0 +  gh
    • ความดันในของเหลวที่มีความหนาแน่น  ที่ระดับความลึก h จากผิวของเหลวที่บรรจุในภาชนะเปิดสู่บรรยากาศเท่ากับผลรวมของความดันบรรยากาศ P 0 กับปริมาณ  gh
    • ปริมาณ  gh เป็นความดันเนื่องจากของเหลวที่ระดับลึก h ซึ่ง เกิดจากน้ำหนักของของเหลวเพียงอย่างเดียว ความดันนี้เรียกว่า ความดันเกจ (Gauge pressure) P g
    • ผลรวมของความดันบรรยากาศกับความดันเกจ เรียกว่า ความดันสัมบูรณ์ (absolute pressure)
  • ความดันในของเหลวชนิดเดียวกันที่ระดับลึกเดียวกันมีค่าเท่ากันเสมอ โดยรูปทรงของภาชนะที่บรรจุไม่มีผลใดๆต่อความดัน
  • เครื่องมือวัดความดัน
    • แมนอมิเตอร์ (manometer) วัดความแตกต่างของความดันสองแหล่ง อาจวัดเทียบกับความดันยรรยากาศหรือความดันอื่นก็ได้
    • บารอมิเตอร์ (barometer) ใช้วัดความดันบรรยากาศ
    • บารอมิเตอร์แอนีรอยด์ (aneroid barometer) วัดความดันอากาศ
    • เครื่องวัดบูร์ดอง (bourdon Gauge) วัดความดันของไหลที่มีความดันสูง
  • แมนอมิเตอร์
  • บารอมิเตอร์
    • P 0 เป็นความดันบรรยากาศ
    • ถ้าของเหลวเป็นปรอท h=760 mm
    • จะได้ P 0 = 1.01325 x 10 5 N/m 2
  • ความดันกับชีวิตประจำวัน
    • เครื่องวัดความดันโลหิต
    • หลอดดูดเครื่องดื่ม
    • แผ่นยางติดผนัง
  • เครื่องวัดความดันโลหิต
    • ทำด้วยแมนอมิเตอร์ที่มีปรอทบรรจุอยู่ ปลายข้างหนึ่งทีท่อยางสวมต่อกับถุงอากาศและมีลูกยางสำหรับอัดอากาศเข้าถุงอากาศ
    • ในการวัดความดันโลหิต จะพันถุงอากาศเข้ากับท่อนแขน อัดอากาศเข้าไปให้มากพอที่จะบีบเส้นเลือดไม่ให้เลือดไหลไปที่ปลายแขน
    • จากนั้นจะเปิดลิ้นปล่อยอากาศในถุงออกช้าๆ และใช้หูฟังเสียงชีพจรที่เส้นเลือดใหญ่บริเวณแขนด้านหน้า
    • เมื่อความดันอากาศในถุงเท่ากับความดันโลหิตในเส้นเลือด โลหิตจะเริ่มไหลสู่ปลายแขน ซึ่งจะได้ยินเสียงจากหูฟัง ความดันที่อ่านได้ในครั้งแรกจะเป็นความดันโลหิตสูงสุด (systolic pressure)
  • เครื่องวัดความดันโลหิต
    • ความดันโลหิตสูงสุด (systolic pressure) เป็นความดันเส้นเลือดที่เกิดจากหัวใจบีบตัวส่งโลหิตไปเลี้ยงส่วนต่างๆของร่างกาย
    • เมื่อค่อยๆปล่อยอากาศออกจากถุงไปเรื่อยๆ จนกระทั่งความดันอากาศในถุงเท่ากับความดันโลหิตในเส้นเลือดดำที่ไหลกลับเข้าหัวใจ คราวนี้เสียงที่ได้ยินในตอนแรกจะเงียบลง
    • และจะอ่านค่าความดันโลหิตต่ำสุด (diastolic pressure) จากความสูงของปรอท
    • ร่างกายคนปกติจะมีความดันโลหิต 120 – 80 มิลลิเมตรปรอท ( ความดันเกจ )
  • หลอดดูดเครื่องดื่ม
    • เมื่อใช้หลอดดูดเครื่องดื่มทำให้อากาศในหลอดมีปริมาตรลดลง และทำให้ความดันอากาศในหลอดลดลงด้วย
    • ความดันอากาศภายนอกซึ่งมากกว่าก็จะสามารถดันของเหลวขึ้นไปแทนที่อากาศในหลอดดูดจนกระทั่งของเหลวไหลเข้าปาก
  • แผ่นยางติดผนัง
    • เมื่อออกแรงกดแผ่นยางติดผนังบนผิวเรียบ เช่น แผ่นกระจก อากาศที่อยู่ระหว่างแผ่นยางกับแผ่นกระจกจะถูกขับออก ทำให้บริเวณดังกล่าวเกือบเป็นสูญญากาศ
    • อากาศภายนอกซึ่งมีความดันสูงกว่าก็จะกดแผ่นยางให้แนบติดบนผนังกระจก
  • กฎของพาสคัล (Pascal s law)
    • เมื่อเพิ่มความดันในของเหลวที่อยู่นิ่งในภาชนะปิด ความดันที่เพิ่มจะถูกถ่ายทอดไปยังทุกๆตำแหน่งในของเหลวรวมทั้งที่ผนังของภาชนะนั้นด้วย
    • เมื่อออกแรง F 1 กดลูกสูบเล็กที่มีพื้นที่หน้าตัด A 1 ความดันในของเหลวจะเพิ่มขึ้นเท่ากับ F 1 /A 1
    • จากกฎของพาสคัล ที่ลูกสูบใหญ่จะมีความดันเพิ่มขึ้นเท่ากับ F 1 /A 1 ด้วย
    • แต่ที่ลูกสูบใหญ่ความดันที่เพิ่มขึ้นเท่ากับ F 2 /A 2
    การได้เปรียบเชิงกล
  • แรงลอยตัวและหลักของอาร์คิมีดีส
    • วัตถุรูปทรงกระบอกสูง h พื้นที่หน้าตัด A จมอยู่ในของเหลวที่มีความหนาแน่น  อยู่ในสภาวะสมดุล
    • P 1 คือความดันของเหลวที่ผิวบน
    • P 2 คือความดันของเหลวที่ผิวล่าง
    • W คือน้ำหนักของวัตถุ
    • V คือปริมาตรของวัตถุ = Ah
    h 2 h 1 h F 1 F 2 ของเหลวมีความหนาแน่น 
  • แรงลอยตัวและหลักของอาร์คิมีดีส F 2 -F 1 คือแรงที่เกิดขึ้นจากความแตกต่างของ ความดันของของเหลวที่ระดับความลึกต่างกัน เมื่อวัตถุอยู่ในสภาวะสมดุล แรงนี้จะเท่ากับ น้ำหนักของวัตถุ เรียกแรงนี้ว่า แรงลอยตัว จะเห็นว่าแรงลอยตัวมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมอยู่ในของเหลว นี่คือหลักของ Archimedes
  • ตัวอย่าง 9.5 บอลลูนยังไม่บรรจุแก๊สพร้อมกระเช้ามีมวล M kg ต้องบรรจุแก๊สฮีเลียมปริมาตรเท่าไร บอลลูนจึงจะลอยนิ่งในอากาศบริเวณผิวโลกได้พอดี
    • แรงลอยตัว = น้ำหนักฮีเลียม + น้ำหนักบอลลูนพร้อมกระเช้า
    • ให้ V เป็นปริมาตรฮีเลียมที่บรรจุ
    •  air gV =  He gV + Mg
    •  air V =  He V + M
    • V = M/(  air -  He )
  • ตัวอย่าง 9.6 นำวัตถุก้อนหนึ่งใส่ลงในน้ำ ปรากฎว่าวัตถุลอยน้ำโดยมีปริมาตรส่วนที่จมในน้ำเป็น n เท่าของปริมาตรวัตถุ (0<n<1) ความหนาแน่นของวัตถุนี้เป็นกี่เท่าของความหนาแน่นของน้ำ
    • ให้ V เป็นปริมาตรของวัตถุ
    • แรงลอยตัว = น้ำหนักของวัตถุ
    •  water g ( n V) =  object g V
    • n  water =  object
    • ความหนาแน่นของวัตถุมีค่าเท่ากับ n เท่าของความหนาแน่นของน้ำ
  • ตัวอย่าง 9.7 ชั่งมงกุฎในอากาศอ่านน้ำหนักได้ 8.5 N ชั่งในน้ำอ่านน้ำหนักได้ 7.7 N มงกุฎทำด้วยทองคำบริสุทธิ์หรือไม่ ถ้าความหนาแน่นของทองคำบริสุทธิ์เท่ากัน 19.3x10 3 kg m -3
    • ชั่งในอากาศได้ 8.5 N แสดงว่ามงกุฎมีมวล 8.5/g
    • ให้มงกุฎมีปริมาตร V
    • ชั่งในน้ำ แรงลอยตัว + แรงดึงของเครื่องชั่ง = น้ำหนัก
    •  water gV + 7.7 = 8.5
    • V = 0.8/(  water g)
    • ความหนาแน่นมงกุฎ = มวล / ปริมาตร = (8.5/g)/(0.8/(  water g))
    • = 8.5  water g/0.8g = 10.6x 10 3 kg m -3
    • ไม่ใช่ทองคำบริสุทธิ์
  • ความตึงผิว
    • แมลงตัวเล็กๆ วิ่งหรือยืนบนผิวน้ำได้ หรือ ใบมีดโกนลอยบนผิวน้ำได้ทั้งๆที่ทำด้วยวัสดุที่มีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ แสดงว่าต้องมีแรงที่ไม่ใช่แรงลอยตัวมากระทำแล้วช่วยพยุงขาแมลงหรือใบมีดโกนไว้
    • แรงนี้เป็นแรงระหว่างโมเลกุลของน้ำที่ผิวน้ำดึงกันไว้ทำให้ผิวน้ำราบเรียบและตึง จึงเรียกว่า แรงดึงผิว (surface tension)
    • แรงดึงผิวของของเหลวมีทิศทางขนานกับผิวของของเหลวและตั้งฉากกับของที่ของเหลวสัมผัส
  • ความตึงผิว
    • ให้  หมายถึงความตึงผิว
    • F เป็นขนาดของแรงดึงผิว
    • L เป็นความยาวผิวสัมผัส เท่ากับสองเท่าของความยาวเส้นลวด
    •   F/L หน่วยเป็น N/m
    • ถ้าแรง F ทำให้ลวดเคลื่อนที่ไป  x
    • W=F  x=  L  x =   A
    •  W/  หน่วยเป็น J/m 2
    F แรงดึงผิว แรงดึงผิว
  • การโค้งของผิวของเหลว (meniscus effect)
  • การซึมตามรูเล็ก (capillary action)
  • ความหนืด (viscosity)
    • ของไหลที่มีความหนืดมากจะมีแรงต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุในของไหลนั้นมาก
    • แรงต้านการเคลื่อนที่อันเนื่องมาจากความหนืดของของไหลเรียกว่า แรงหนืด (viscous force)
    • แรงหนืดที่กระทำต่อวัตถุขึ้นอยู่กับขนาดความเร็วของวัตถุและแรงนี้มีทิศตรงกันข้ามกับทิศการเคลื่อนที่ของวัตถุ
  • การเคลื่อนที่ของลูกกลมโลหะในกลีเซอรอล ความเร็ว เวลา เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว W W F+F B F+F B
  • กฎของสโตกส์
    • แรงหนืดของของไหลที่กระทำกับวัตถุทรงกลม รัศมี r
    • F = 6  nrv
    • n คือความหนืดของของไหล หน่วยเป็น Ns/m 2 หรือ Pa s
    • ในอดีตหน่วยของความหนืดคือ Poise (P)
    • 1 Pa s = 10 P
  • พลศาสตร์ของไหล
    • ต่อไปจะศึกษาเรื่องของไหลที่มีการเคลื่อนที่
    • ของไหลอุดมคติ มีคุณสมบัติดังนี้
      • มีการไหลอย่างสม่ำเสมอ (steady flow)
      • มีการไหลโดยไม่หมุน (irrotational flow)
      • มีการไหลโดยไม่มีแรงต้านทายเนื่องจากความหนืด (nonviscous flow)
      • ไม่สามารถอัดได้ (incompressible flow)
  • สมการความต่อเนื่อง (The Equation of Continuity)
    • เป็นไปตามหลักการอนุรักษ์มวล
    • ผลคูณระหว่างพื้นที่หน้าตัดกับอัตราเร็วของของไหลอุดมคติไม่ว่าจะอยู่ที่ตำแหน่งใดในหลอดการไหลจะมีค่าคงตัวเสมอ
    A 1 v 1 = A 2 v 2
  • สมการของแบร์นุลลี (Bernoulli s Equation)
    • เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน
    • ผลรวมของความดัน พลังงานจลน์ต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร และพลังงานศักย์โน้มถ่วงต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ณ ตำแหน่งใดๆ ภายในท่อที่ของไหลผ่าน มีค่าคงตัวเสมอ
    ค่าคงตัว
  • Venturi Tube
  • จงหาความเร็ว V 1 ถ้าเปิดฝาบน P = P 0 จะได้ว่า
  • แรงยกตัวของปีกเครื่องบิน อุปกรณ์พ่นสี
  • ทำไมลูกกอล์ฟที่มีการหมุนถอยหลังถึงลอยได้สูงกว่า
  •