ของไหล

ห นั ง สื อ อิ เ ล็ ก ท ร อ นิ ก ส์ ( E - B O O K ) ของไหล น า ง ส า ว ศิ ร ภั ส ส ร แ ก้ ว ล ะ เ อี ย ด ชั้ น ม . 6 / 1 เ ล ข ที่ 2 1 ภ า ค เ รี ย น ที่ 2 ปี ก า ร ศึ ก ษ า 2 5 6 4 FLUID โ ร ง เ รี ย น ห้ ว ย น า ง ร า ษ ฎ ร์ บำ รุ ง จั ง ห วั ด ต รั ง

ของไหล ข อ ง เ ห ล ว เ ป็ น ส ถ า น ะ ห นึ่ ง ข อ ง ส ส า ร มีป ริม า ต ร ค ง ตั ว แ ล ะ มีรู ป ร่า ง ต า ม ภ า ช น ะ ที่ บ ร ร จุ ส่ ว น แ ก๊ ส ซึ่ง เ ป็ น อี ก ส ถ า น ะ ห นึ่ ง ข อ ง ส ส า ร มีรู ป ร่า ง แ ล ะ ป ริม า ต ร ไ ม่ค ง ตั ว ขึ้ น กั บ ภ า ช น ะ ที่ บ ร ร จุ ทั้ ง ข อ ง เ ห ล ว แ ล ะ แ ก๊ ส ส า ม า ร ถ ไ ห ล จ า ก ที่ ห นึ่ ง ไ ป อี ก ที่ ห นึ่ ง ไ ด้ จึ ง เ รีย ก ข อ ง เ ห ล ว แ ล ะ แ ก๊ ส ว่า ของไหล (FLUID)

สมบัติของของไหล ความหนาแน่น ความดันในของเหลว กฎของพาสคัล แรงพยุงและหลัก ของอาร์คิมีดีส ความตึงผิว ความหนืด พลศาสตร์ของไหล

ความหนาแน่น (Density) ความหนาแน่น หมายถึง มวลต่อหน่วยปริมาตร หน่วยความหนาแน่น ในระบบ SI คือ กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ในระบบ cgs มีหน่วยเป็น กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร 2. ความหนาแน่นสัมพัทธ์ (RELATIVE DENSITY) ของสารใด หมายถึง อัตราส่วนระหว่างความหนาแน่นของสารนั้น กับ ความหนา แน่นของสารอ้างอิง โดยทั่วไปนิยมใช้ความหนาแน่นของน้้ าบริสุทธิ์ที่ อุ ณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส เป็นความหนาแน่นอ้างอิง 3. ในอดีต อัตราส่วนระหว่างความหนาแน่นของสารกับความหนาแน่นของน้้า ถูกเรียกว่า ความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity) แต่ในปัจจุบันเราเรียกว่า ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสาร

ค ว า ม ดั น ใ น ข อ ง เ ห ล ว แรงดัน ( Force , F ) ผลคูณระหว่างความดันกับพื้นที่ที่ถูกแรงกระทำ แรงดันเป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็น นิวตัน (N) ความดัน ( Pressure , P ) คือ อัตราส่วนระหว่างแรงที่กระทำต่อพื้นที่ที่ถูก แรงกระทำ โดยพื้นที่นั้นต้องตั้งฉากกับแรงกระทำ ความดันเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นนิวตันต่อตารางเมตร หรือพาสคัล (Pa)

ค ว า ม ดั น ใ น ข อ ง เ ห ล ว

กฎพาสคัล ก ฎ ข อ ง พา ส คั ล ซึ่ ง ก ล่ า ว ว่ า “ เ มื่ อ ค ว า ม ดั น ณ ต้ า แ ห น่ ง ใ ด ๆ ใ น ข อ ง เ ห ล ว ที่ อ ยู่ นิ่ ง ใ น ภ า ช น ะ ปิ ด ค ว า ม ดั น ที่ เ พิ่ ม ขึ้ น จ ะ ถ่ า ย ท อ ด ไ ป ยั ง ทุ ก ๆ จุ ด ใ น ข อ ง เ ห ล ว นั้ น ” ก ฎ ข อ ง พา ส คั ล ส า ม า ร ถ อ ธิ บ า ย ก า ร ทำ ง า น ข อ ง เ ค รื่ อ ง ก ล ผ่ อ น แ ร ง ที่ รู้ จั ก กั น คื อ เ ค รื่ อ ง อั ด ไ ฮ ด ร อ ลิ ก ( H Y D R AU L I C P R E S S ) ซึ่ ง ป ร ะ ก อ บ ด้ ว ย ก ร ะ บ อ ก สู บ แ ล ะ ลู ก สู บ ส อ ง ชุ ด มี ข น า ด ต่ า ง กั น มี ท่ อ ต่ อ เ ชื่ อ ม กั น แ ล ะ มี ข อ ง เ ห ล ว บ ร ร จุ อ ยู่ ภ า ย ใ น

แ ร ง พ ยุ ง แ ล ะ ห ลั ก อ า ร์ คิ มี ดี ส แ ร ง พ ยุ ง คื อ แ ร ง ลั พ ธ์ ข อ ง แ ร ง ที่ ข อ ง เ ห ล ว ก ร ะ ทำ กั บ วั ต ถุ ส่ ว น ที่ จ ม อ ยู่ ใ น ข อ ง เ ห ล ว มี ข น า ด เ ท่ า กั บ น้ำ ห นั ก ข อ ง ข อ ง เ ห ล ว ที่ มี ป ริ ม า ต ร เ ท่ า กั บ วั ต ถุ ส่ ว น ที่ จ ม หลักอาร์คิมีดีส (ARCHIMEDES’ PRINCIPLE) กล่าวว่า วัตถุที่จมใน ของเหลวหมดทั้งก้อนหรือจมแต่เพียงบางส่วนจะถูกแรงพยุงกระท า และ แรงพยุงจะเท่ากับน้ าหนักของของเหลวที่ถูกวัตถุนั้นแทนที่ สรุปได้2 รูปแบบ คือ กรณีที่วัตถุจม ขนาดแรงพยุง = ขนาดน้้ าหนักของของเหลวที่มีปริมาตร เท่ากับวัตถุ กรณีที่วัตถุลอย ขนาดแรงพยุง = ขนาดน้้ าหนักของของเหลวที่มีปริมาตร เท่ากับวัตถุส่วนที่จมในของเหลว

ค ว า ม ตึ ง ผิ ว ( S U R F A C E T E N S I O N ) ความตึงผิว หมายถึง อัตราส่วนของแรงที่กระทำไปตามผิว ของเหลวต่อความยาวของผิวที่ถูกแรงกระทำ ความยาวนี้ต้องตั้ง ฉากกับแรงด้วย มีหน่วยเป็น นิวตันต่อตารางเมตร แรงตึงผิว (surface tension force) หมายถึง แรงชนิดหนึ่งที่ พยายามยึดผิวของเหลวไว้แรงตึงผิวของของเหลวจะมีทิศขนาน กับผิวของของเหลวและตั้งฉากกับเส้นขอบที่ของเหลวสัมผัส

ค ว า ม ตึ ง ผิ ว ( S U R F A C E T E N S I O N )

ความหนืด (Viscosity) แ ร ง ห นื ด ( V I S C O U S F O R C E ) คื อ แ ร ง เ สี ย ด ท า น ภ า ย ใ น ข อ ง ไ ห ล ห รื อ แ ร ง ต้ า น ท า น ก า ร เ ค ลื่ อ น ที่ ข อ ง วั ต ถุ ที่ เ กิ ด ภ า ย ใ น ข อ ง ไ ห ล นั้ น ซึ่ ง จ ะ เ ป็ น สั ด ส่ ว น โ ด ย ต ร ง กั บ ค ว า ม เ ร็ ว ที่ ผิ ว ข อ ง ข อ ง ไ ห ล แ ล ะ เ ป็ น ป ฏิ ภ า ค กั บ ค ว า ม ห น า แ น่ น ข อ ง ข อ ง ไ ห ล ค ว า ม ห นื ด คื อ คุ ณ ส ม บั ติ ข อ ง ข อ ง ไ ห ล ใ น ก า ร ต้ า น ก า ร เ ค ลื่ อ น ที่ ข อ ง วั ต ถุ ใ น ข อ ง ไ ห ล นั้ น มี ห น่ ว ย เ ป็ น นิ ว ตั น . วิ น า ที ต่ อ ต า ร า ง เ ม ต ร ค ว า ม ห นื ด ใ น ข อ ง เ ห ล ว เ กิ ด จ า ก แ ร ง ดึ ง ดู ด ร ะ ห ว่ า ง โ ม เ ล กุ ล ซึ่ ง จ ะ มี ค่ า ล ด ล ง เ มื่ อ ข อ ง เ ห ล ว มี อุ ณ ห ภู มิ สู ง ขึ้ น แ ต่ ค ว า ม ห นื ด ใ น อ า ก า ศ ซึ่ ง โ ม เ ล กุ ล ข อ ง อ า ก า ศ อ ยู่ ห่ า ง กั น ม า ก ทำ ใ ห้ เ กิ ด ก า ร ถ่ า ย ท อ ด โ ม เ ม น ตั ม ซึ่ ง จ ะ มี ค่ า ค ว า ม ห นื ด เ พิ่ ม ขึ้ น เ มื่ อ อุ ณ ห ภู มิ ข อ ง อ า ก า ศ สู ง ขึ้ น ข อ ง ไ ห ล ที่ มี ค ว า ม ห นื ด สู ง จ ะ เ ค ลื่ อ น ที่ ไ ด้ ช้ า ก ว่ า ข อ ง ไ ห ล ที่ มี ค ว า ม ห นื ด ต่ำ ใ น เ ค รื่ อ ง ก ล ช นิ ด ต่ า ง ๆ เ ร า ใ ช้ น้้ า มั น ห ล่ อ ลื่ น ช นิ ด ต่ า ง ๆ กั น ค ว า ม ห นื ด ข อ ง น้้ า มั น ห ล่ อ ลื่ น มี ห น่ ว ย เ ป็ น S A E ย่ อ ม า จ า ก T H E S O C I E T Y O F AUTOMOTIVE ENGINEERING



พลศาสตร์ของของไหล ของไหลอุดมคติ เราจะพิจารณา ของไหลอุดมคติ(IDEAL FLUID) ซึ่งมีสมบัติดังนี้ 1) มีการไหลอย่างสม่ำเสมอ (STEADY FLOW) หมายถึง ความเร็วของทุกอนุภาค ณ ตำแหน่งต่างๆ ในการไหลมีค่าคงตัว โดยความเร็วของอนุภาคของของไหลเมื่อไหล ผ่านจุดต่างๆ จะเท่ากันหรือต่างกันก็ได้ 2) มีการไหลโดยไม่หมุน (IRROTATIONAL FLOW) กล่าวคือ ในบริเวณโดยรอบจุดหนึ่งๆ ในของไหลจะไม่มีอนุภาคของของไหลเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุมรอบจุดนั้นๆ เลย 3) มีการไหลโดยไม่มีแรงต้านเนื่องจากความหนืด (NONVISCOUS FLOW) หมายความว่า ไม่มีแรงต้านใดๆ ภายในเนื้อของของไหลมากระทำต่ออนุภาคของของไหล 4) ไม่สามารถอัดได้(INCOMPRESSIBLE FLOW) หมายความว่า ของไหลมีปริมาตรคงตัว โดยปริมาตรของของไหลแต่ละส่วนไม่ว่าจะไหลผ่านบริเวณใดก็ยังมีความหนาแน่นเท่า เดิม



การประยุกต์ ของสมการแบร์นูลลี