9.7 ความหนืด • ความหนืด คือ ความเสียดทานภายในของไหล ความหนืดจะขนึ K อยกู่ บั ชนิดของของไหลและมีคา่ แปรผนั ตามอณุ หภมู ิอยา่ งมาก • นิยาม ความหนืด h ของไหลเป็นอตั ราสว่ นของความเค้นเฉือน F/A ตอ่ อตั ราความเครียด η=F/A v/d • หนว่ ยในระบบ SI คือ นิวตนั .วินาที/เมตรกําลงั สอง 1 N ×s = 1Pa ×s m2 • จดั รูปใหมจ่ ะได้แรงแปรผนั ตรงกบั อตั ราเร็ว F = ηA v d 51 by Kittisak Umma
ความหนืดของทรงกลมตนั • ของวตั ถุเมืCอปล่อยวตั ถุทรงกลมตนั ให้เคลืCอนทCีในของไหลแล้ว ความหนืด (viscosity) ของของ ไหลจะทําให้เกิดแรงต้านการเคลอืC นทCี แรงนีถK กู เรียกวา่ แรงหนืด (viscous force) • จากการศกึ ษาของ Sir George Stokes พบวา่ แรงหนืดแปรผนั ตรงกบั ความเร็วของวตั ถทุ รงกลม เป็นไปตามสมการ F = 6phrv เมCือ F แทนแรงหนืด h แทน ส.ป.ส.ความหนืดของของไหล 52 r แทนรัศมีของวตั ถทุ รงกลมตนั v แทนความเร็วของวตั ถทุ รงกลมตนั by Kittisak Umma
9.8 การประยุกต์ใช้ • มาตรวัด Venturi meter ระดบั ของไหลต่างกนั สามารถหา ความดนั ทค8ี อหลอดได้ (ตาํ แหน่งท8ี 2) • เป็นเครCืองมือใช้วดั ความเร็ว ของของไหลทีCไหลภายในทอ่ ดงั รูป • ต้องการวดั ความเร็ว v1 ถ้าพืนK ทีC A1= 11x10-3 m2 วดั ความดนั ได้ P1=180x103 N/m2 ตําแหนง่ ทCี = มีพืนK ทCี A2= 1.26x10-3 m2 ความดนั P2=20x103 N/m2 ของไหลมี ความหนาแนน่ =š––– kg/m3 53 by Kittisak Umma
มาตรวัด Venturi meter ระดบั ของไหลต่างกนั สามารถหา ความดนั ทค8ี อหลอดได้ (ตาํ แหน่งท8ี 2) • ต้องการวดั ความเร็ว v1 ตําแหนง่ ที? 1 : A1= 11x10-3 m2, P1=180x103 N/m2 ตําแหนง่ ที? v : A2= 1.26x10-3 m2, P2=20x103 N/m2 ของไหลมีความหนาแนน่ =Xzzz kg/m3 จากอตั ราการไหล A1v1=A2v2 \\ v2 = A1v1 A2 และเนืCองจากทอ่ วางอยใู่ นแนวราบ y1=y2 เขียนสมการแบร์นลู ลไี ด้ 1 1 P1 + 2 r v12 =P2 + 2 r v22 ( ) ( )180´103 1 v12 1 æ 11´10-3 ö2 v12 + 2 (1000) = 20 ´103 + 2 (1000) ç 1.26 ´10-3 ÷ è ø P1 + 1 r v12 =P2 + 1 r æ A1v1 ö2 แทนคา่ หา v1=? 2 2 ç A2 ÷ è ø 54 by Kittisak Umma
อัตราเร็วไหลออกของนํา] • แทง็ ก์นํา: ขนาดใหญ่ฝาปิดมีรูนํา: ไหล ออกดงั รูป จงหา v1 • ขนาด A2 >> A1, v2 = 0 • จะได้วา่ P0 + 1 r v12 +r gy1 =P + r gy2 2 1 r v12 = (P - P0 ) + r g ( y2 - y1 ) 2 P0 ความดนั บรรยากาศ P ความดนั ภายในถงั ปิด v1 = 2(P - P0 ) + 2gh ρ ความหนาแน่นของของไหล r ถา้ ดา้ นบนของแทง็ กเ์ ปิดสบู่ รรยากาศจะไมม่ ผี ลต่างความดนั (P - P0 ) = 0 v1= 2gh 55 by Kittisak Umma
แรงยกใต้ปี กเคร)ืองบนิ • ปกตจิ ะออกแบบปีกเครื<องบนิ ให้ ด้านบนโค้งมากกวา่ ด้านลา่ งรูปร่าง และมมุ ปะทะของปีกเครื<องบนิ ทําให้ สายกระแสลมบริเวณเหนือปีก • อากาศมีความเร็วสงู และความดนั ต<ํากวา่ อากาศใต้ปีก • ผลต่างของความดนั นีท` าํ ให้เกดิ แรงยกตวั ทHกี ระทาํ ต่อปี กเครHืองบนิ P1 + 1 r v12 =P2 + 1 r v22 • ถ้าสมมตวิ า่ พืน: ท<ีของปีกเคร<ืองบนิ เทา่ กนั 2 2 ทงั: ด้านบนและด้านลา่ ง = A P2 - P1 = 1 r v12 - 1 r v22 • แรงยกตวั คือ 2 2 ( )F= 1 ( P2 - P1 ) A= 2 r A v12 - v22 56 by Kittisak Umma
9.9 การขยายตวั ทางความร้อน 57 • การเปลยี< นอณุ หภมู ิของสสารทําให้เกิดผลทางกายภาพ 2 อยา่ ง คือ • การเปลย<ี นขนาด และการเปลย<ี นสถานะของสสาร • วสั ดสุ ว่ นใหญ่ขยายตวั เม<ืออณุ หภมู ิเพ<ิมขนึ : • การขยายตวั ของของแขง็ วตั ถจุ ะมีการขยายตวั เม<ือได้รับความร้อนเพ<ิมขนึ : 3 แบบ คือ การขยายตวั ตามเส้น การขยายตวั ตามพืน: ท<ี การขยายตวั ตามปริมาตร • การขยายตวั ของของเหลว by Kittisak Umma
การขยายตวั ตามอุณหภมู ขิ องของแขง็ 58 • 1. การขยายตวั เชิงเส้น วตั ถทุ <ีมีความยาว L0 เมื<อได้รับความร้อนทําให้อณุ หภมู ิ เปลย<ี นแปลง ΔT ( oC)จะมีความยาวเปลยี< นแปลงไป ΔL โดยที< DL = a L0DT เม<ือ α คือสมั ประสทิ ธิyการขยายตวั เชิงเส้น มีหนว่ ยเป็น ( 1/oC) • 2. การขยายตวั เชงิ พนื` ทHี พืน: ที< A0 ของวตั ถอุ นั หนงึ< มีการเปลยี< นแปลงΔA เม<ือ อณุ หภมู ิเปลยี< นแปลงΔT โดยที< DA = g A0DT เมื<อγ คือสมั ประสทิ ธิyการขยายตวั เชิงพืน: ที< มีหนว่ ยเป็น ( 1/oC) ถา้ วตั ถนุ น)ั มีการขยายตวั เมือ* เทียบกบั อณุ หภูมิในอตั ราเดียวกนั ทกุ ทิศทางแลว้ จะได้ γ = 2α by Kittisak Umma
การขยายตวั ตามอุณหภมู ขิ องของแขง็ • 3. การขยายตวั เชงิ ปริมาตร ปริมาตร V0 ของวตั ถอุ นั หนงึ< มีการเปลยี< นแปลง ΔV เม<ืออณุ หภมู ิของมนั เปลย<ี นแปลง ΔT โดยที< DV = bV0DT เม<ือ β คือสมั ประสทิ ธyิการขยายตวั เชิงปริมาตร มีหนว่ ยเป็น ( 1/oC) ถา้ วตั ถนุ นDั มีการขยายตวั เมือ* เทียบกบั อณุ หภูมิในอตั ราเดียวกนั ทกุ ทิศทางแลว้ จะได้ β = 3α 59 by Kittisak Umma
ตย.9.9 แหวนหมัน] • แหวนหมนั: ที<ทําด้วยทองคําวงหนง<ึ มีเส้นผา่ นศ.ก. ภายในเทา่ กบั z.{ ×z}-2 m โดยวดั ท<ีอณุ หภมู ิ ~•oC ถ้าแหวนวงนนั: หลน่ ลงไปในอา่ งล้างมือที<มีนํา: ร้อนอณุ หภมู ิ €• oC จง หาเส้นผา่ นศ.ก. ภายในที<เปลย<ี นไปของแหวนวงดงั กลา่ ว กําหนดให้สมั ประสทิ ธyิการ ขยายตวั เชิงเส้นของทองคํามีคา่ เทา่ กบั z€ ×10-6 1/ oC • แนวคดิ และวธิ ีทาํ การขยายตวั ของของแหวนจะทําให้รูมีขนาดใหญ่ขนึ : โดยเส้น ผา่ นศนู ย์กลางภายในของแหวนท<ีเปลยี< นไป สามารถคดิ จากการขยายตวั เชิงเส้นได้ นนั< คือ DL = a L0DT เมื<อ α = 14 ×10-6 1/ oC • ดงั นนั: จะได้รัศมีท<ีเปลยี< นไปมีคา่ เทา่ กบั DL = a L0DT ( )( )DL = 14´10-6 1.5´10-2 (49 - 27) = ? 60 by Kittisak Umma
การขยายตวั ของของเหลว • เนCืองจากรูปร่างของของเหลวขนึ K อย่กู บั ภาชนะ การเปลCียนปริมาตรเท่านนัK ทีCเหน็ ได้ชดั คดิ การขยายตวั ตามปริมาตรเชน่ เดียวกบั ของแข็ง • ถ้าให้ C คือ สมั ประสทิ ธƒิการขยายตวั เชิงปริมาตรของของเหลว C = DV V0DT • ปริมาตรของของเหลวเมืCอร้อน V = V0 (1+ CDT ) 61 by Kittisak Umma
การขยายตวั เชงิ ความร้อนของนํา] 62 • สสารทCัวไปเมCือได้รับความร้ อนมันจะ ขยายตวั แตส่ ําหรับนําK ไมใ่ ชเ่ ชน่ นนัK • เมCือนําK อณุ หภมู ิ – oC ได้รับความร้อน มันจะมีปริ มาตรลดลงเรCื อยๆ ตาม อุณหภูมิทีCเพCิมขึนK จนกระทัCงอุณหภูมิ เพCิมถงึ 4 oC มนั จะมีปริมาตรน้อยทีCสดุ แตเ่ มืCอมนั ได้รับความร้อนตอ่ ไปปริมาตร ของมนั กลบั เพิCมตามอณุ หภมู ิ น%ํามีความหนาแน่นมากทีส0 ดุ ทีอ0 ณุ หภูมิ 9 oC โดยจากการทดลองสามารถวดั ความหนาแน่นทีอ0 ณุ หภูมินีไ% ดเ้ ท่ากบั GGG.GIJ kg/m3 หรือ P.QQQ g/cm3 by Kittisak Umma
ลองทาํ ดู 9 • 5. จงหาปริมาตรของนํา2 ท5ีร5ัวออกทางชอ่ งของถงั ซง5ึ ด้านบนเปิดสบู่ รรยากาศใน เวลาหนง5ึ นาที ชอ่ งเปิดมีเส้นผา่ นศนู ย์กลาง 3.0 cm และอยตู่ 5ํากวา่ ระดบั นํา2 ในถงึ 5.0 m • 6. เครื5องบนิ ลาํ หนงึ5 ต้องมีแรงยก 20 N/m2 จงึ จะสามารถบนิ ขนึ 2 ได้ ถ้าความเร็วของ อากาศที5พดั ผา่ นสว่ นลา่ งของปีกเทา่ กบั 300 m/s จงหาความเร็วท5ีพดั ป่านสว่ นบน ของปีก เพ5ือให้ได้แรงยกตามกําหนด • 7. นําวสั ดทุ งั2 สองชนิดมาประกบกนั เพ5ือทํา thermostat สําหรับตดั ดวงจรใน กระติกนํา2 ร้ อน ดังรูป เม5ือได้รับความร้ อนวัสดุจะโก่งตัวแบบใด เพราะอะไร (กําหนด ทองแดงมีการขยายตวั เชิงเส้น= 9.3×10-6 และอลมู ิเนียมมีการขยายตวั เชิงเส้น = 1.28×10-5 ) อลมู เิ นียม ทองแดง 63 by Kittisak Umma
64 THANKS FOR WATCH PHYSICS 1 FOR ENGINEERS WELCOME Contact Us PHYSICSRT 087-7259790 www.fb.com/PhysicsRt LECTURER BY [email protected] KITTISAK UMMA ROOM: ศท.204 RMUTL. PHYSICS 1 FOR ENGINEERS K. UMMA
Search
