فيديو السؤال: تحديد المنطقة الأكثر استقرارًا لسريان مائع الفيزياء

يوضح الشكل سريان مائع يتخطى عائقًا دائريًّا. تمثل الخطوط اتجاه سريان المائع. تمثل المنطقة السوداء عائقًا صلبًا للسريان. أي من المنطقتين المحددتين بالخطوط المتقطعة يكون سريان المائع بها أكثر استقرارًا؟

٠٤:٠٥

‏نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل سريان مائع يتخطى عائقًا دائريًّا. تمثل الخطوط اتجاه سريان المائع. تمثل المنطقة السوداء عائقًا صلبًا للسريان. أي من المنطقتين المحددتين بالخطوط المتقطعة يكون سريان المائع بها أكثر استقرارًا؟

لنلق نظرة فاحصة على الشكل. لدينا مائع يسري بوجه عام من اليسار إلى اليمين. لكن يمكننا أيضًا ملاحظة وجود عائق دائري صغير في طريقه. لعلنا نتذكر أن هذه الخطوط توضح حركة الطبقات المختلفة للمائع. وعندما يواجه المائع هذا العائق، نلاحظ أنه يعاد توجيه المائع حوله. وبفضل شكل العائق وخواص هذا المائع أيًّا كان نوعه، لا توجد أي مناطق بها اضطراب شديد. فالسريان بأكمله مستقر للغاية، كما يتضح من خطوط السريان المستقيمة والمتوازية نسبيًّا.

لعلنا نتذكر أن كلمة «مستقر» تصف مائعًا لا يتعرض إلى تغير كبير في سرعته واتجاهه. وهذا عكس السريان المضطرب. علينا بالطبع أن نضع في اعتبارنا أننا لا نستخدم أي أعداد أو عمليات رياضية لوصف سريان المائع هنا. عادة ما يكون التعبير عن خواص حركة المائع، مثل الاستقرار، معقدًا للغاية من الناحية الكمية. لذا علينا هنا الاعتماد على تقديرنا في وصف السريان نوعيًّا.

مع ذلك، فالأمر متروك لنا لتحديد أي من هاتين المنطقتين المحددتين بالشكلين المربعين، واحد أو اثنين، تظهر سريانًا أكثر استقرارًا للمائع. في بعض الأحيان يكون من السهل معرفة ذلك، على سبيل المثال، إذا كانت إحدى المناطق تحتوي على خطوط تدفق منحنية للغاية. لكن قد لا يكون هذا واضحًا على الفور عند النظر إلى هذا الشكل تحديدًا. تظهر كلتا المنطقتين واحد واثنين سريان مائع مستقرًّا للغاية، لكن إحدى المنطقتين أكثر استقرارًا من الأخرى.

والآن، إذا عرض علينا بطريقة ما الأجزاء الداخلية فقط من هاتين المنطقتين ولم نتمكن من رؤية بقية الشكل، فقد نميل أكثر إلى الاعتقاد بأن لهما سريانًا مستقرًّا متساويًا للمائع. لكن علينا التفكير في الشكل بأكمله. لاحظ أن المنطقة واحدًا تقع مباشرة خلف العائق، الذي نعرف أنه صلب. ومن ثم، يجب أن يعاد توجيه المائع حوله. لهذا السبب نلاحظ خطوط تدفق منحنية في هذه المنطقة المحيطة.

لا تشير هذه المنحنيات إلى تغير في الاتجاه فحسب. ولعلنا نتذكر أن الطبقات المختلفة للمائع، التي تمثلها خطوط السريان هذه، تؤثر بعضها على بعض بقوة في صورة نوع من الاحتكاك. لذا، عندما تغير طبقة اتجاهها، فإنها تسحب معها الطبقات المحيطة. ويمكننا أن نتخيل كيف يؤثر ذلك على السريان العام للأشياء. فتصطدم جزيئات المائع بعضها مع بعض، ما يغير اتجاهها، ومن ثم تتباطأ. إذن، فالمائع حول العائق يسري أبطأ، وهذا ممثل في الواقع بهذه الخطوط هنا، التي تكون أقل شدة من الجزء الأكبر من السريان الموضح في الشكل.

بعد أن عرفنا ذلك، يمكننا أن نلاحظ كيف أن المنطقة واحدًا ليست مستقرة تمامًا بسبب وجود هذا العائق. وهذا تلميح جيد إلى أن المنطقة اثنين أكثر استقرارًا. ثم بعد تخطي العائق، وحال استمرار المائع في التحرك، فإنه يصبح مستقرًّا في النهاية. ولا توجد أي عوائق أخرى تعيق السريان. ومن ثم، يمكننا أن نفهم أكثر أن للمنطقة اثنين تدفقًا أكثر استقرارًا من المنطقة واحد.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.