fluid

2,740 views

Published on

fluid

Published in: Education, Technology, Business
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
2,740
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
19
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

fluid

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

×