شلیک گلوله در رودخانه

از کف یک رودخانه به عمق h یک گوی فلزی با سرعت ₀u به سمت بالا شلیک می‌شود. به دلیل خاصیت چسبندگی، آب از خود مقاومتی در برابر حرکت گلوله در راستای عمودی از خود نشان می‌دهد، نیروی واردشده از سمت آب به گلوله در حال حرکت متناسب با جرم و سرعت گلوله است. همان‌طور که در شکل مشخص‌شده در آب رودخانه به سمت چپ در حال حرکت است. پروفیل سرعت رسم شده سرعت آب را در هر عمق بیان می‌کند. در این مسئله فرض می‌شود که گلوله در جهت افقی سرعتی برابر با سرعت جریان آب دارد و سرعت آن در راستای افقی از رابطه Vx=y*V1/h پیروی می‌کند. ابتدا سرعت گلوله و مکان گلوله را برحسب زمان بیابید و پس‌ازآن دیاگرامی حدودی از مسیر حرکت گلوله در آب را رسم کنید. آیا ممکن است گلوله از آب خارج نشود؟

جواب را در ادامه مطلب مشاهده کنید.

مقاومت هوا

در این مطلب توضیحاتی پیرامون مقاومت هوا و نحوه محاسبه آن داده خواهد شد و پس‌ازآن به بررسی یک مسئله سقوط آزاد به در نظر گرفتن مقاومت هوا پرداخته می‌شود. هنگامی‌که جسمی در یک سیال به حرکت دربیاید، از سمت سیال به جسم، در خلاف جهت حرکت جسم نیرویی به جسم وارد می‌شود که از حرکت آن ممانعت می‌کند، زمانی که سیالی که جسم در آن به حرکت درمی‌آید، هوا باشد به این نیرو، نیروی درگ یا مقاومت هوا اطلاق می‌شود. اندازه نیروی مقاومت هوا معمولاً تابعی از سرعت جسم، خواص سیال و هندسه جسم است و همان‌طور که گفته شد، مانند اصطکاک جهت این نیرو همواره در خلاف جهت حرکت خواهد بود.

ادامه مطلب...

قانون ارشمیدس

قانون ارشمیدس یا شناوری بیان می کند که به جسم شناور در سیال نیرویی به سمت نقاط کم فشار سیال برابر با وزن سیال جابجا شده وارد می شود. برای مثال هنگامی که یک جعبه چوبی وارد یک ظرف آب (در میدان گرانشی) می شود، از سمت سیال به جسم نیرو وارد می شود. در این مقاله، ابتدا به اثبات این قانون (به زبان ساده) اشاره می شود و سپس یه بررسی نقطه اثر نیروی شناوری پرداخته خواهد شد.

ادامه مطلب...

چگونه یک جسم سنگین آهنی در جیوه شناور می‌ماند؟

چه می‌شود اگر یک سندان (یک وسیله سنگین آهنی که آهنگرها قطعات آهن را روی آن گذاشته و می‌کوبند) با جرمی بیش از ۵۰ کیلوگرم داخل یک تشت آب رها شود؟ واضح است که با رها شدن این جسم به داخل تشت آب پس از ایجاد یک بی‌نظمی شدید (splash) در سطح آب، خیلی سریع سندان به کف تشت برخورد می‌کند؛ اما یک مایعی وجود دارد که سندان به‌راحتی روی آن شناور می‌ماند. این مایع جیوه هست؛ اما چگونه این جسم سنگین می‌تواند روی جیوه شناور بماند؟ صدای ضربه چکش روی سندان داخل جیوه چه تفاوتی با صدای این ضربه روی سندانی که خارج از جیوه است وجود دارد؟

ادامه مطلب...

تکانه و ساز و کار موشک ها

ساز و کار و مکانیزم دسته‌ای از موشک‌ها بر اساس تغییرات جرم و تغییرات تکانه ساخته شده است. به بیان دیگر سوخت داخل محفظه‌های موشک پس از احتراق و تغییر حجم نسبتاً زیاد با خروج سریع از نازل خروجی تغییر جرمی چشم گیر در ساختار موشک به وجود می‌آورد. این تغییر تکانه و به دنبال آن تغییر جرم به گونه ایست که باعث شتاب دادن به بدنه موشک می‌شود. دسته‌ای از مسائل در بخش مکانیک و سیالات مطرح می‌شوند که در آن‌ها از مقدار نیرو اعمال شده، تغییرات سرعت و مواردی از این دسته مورد سؤال قرار می‌گیرد. در ادامه به بررسی یکی از این مسائل پرداخته می‌شود. شکل زیر نمونه ای از این راکت ها را تشان می دهد.

ادامه مطلب...

• مسئله

به یکی از محفظه‌های موشک هیدروژنی با نرخ ثابت m’ هیدروژن تزریق می‌شود. هم چنین از سوی دیگر اکسیژن به مقدار کافی در محفظه وجود دارد؛ و هیدروژن به‌صورت کامل می‌سوزد و به‌صورت بخار آب خارج می‌شود. فشار و دمای گاز در این محفظه به ترتیب P و T است. مشخص کنید که در مجموع این محفظه چقدر نیرو باید تحمل کند؟

جواب در ادامه مطلب...

بررسی پیزومتر شیبدار

پیرو بحثی که در باره فشار سنجی انجام شد با بررسی یک مسئله در محاسبه فشار سنجی به وسیله پیزومتر به تبیین نحوه کار کرد این ابزار پرداخته می شود. لازم به ذکر است که امروزه پیزومتر هایی با کارایی بیشتر استفاده می شوند ولی در اینجا به بررسی مدل ساده آن اکتفا می شود.

• مسئله

مطابق شکل از یک پیزومتر مورب برای اندازه گیری فشار سیال درون یک لوله افقی با شعاع داخلی 40mm استفاده شده است. در صورتی که زاویه ای که لوله پیزومتر با افق می سازد برابر با 30 درجه و طول مایع درون لوله مورت نسبت به لوله محور لوله اصلی (x) برابر با 450mm باشد، فشار سیال در محور لوله و هم چنین فشار در جداره های بالا و پایین لوله را بیابید. چگالی سیال را برابر با 1.5g/cm³ فرض کنید. 

جواب در ادامه مطلب...

فشار سنجی (مانومتری)

یکی از روش های ساده برای اندازه گیری فشار سیالات در فشار کم استفاده از پیزومتر و مانومتر است. اساس کار هر دو این فشار سنج ها بر مشاهده تغییرات ارتفاع ستون مایع تعادل یافته قرار دارد. این متن به معرفی این دو فشار سنج می پردازد. باید دقت کرد که هنگامی که سیال در لوله ها در حال حرکت است، عموما منظور از فشار، فشار در محور لوله می باشد. در مورد گاز ها تفاوت فشار بین محور و جداره لوله بسیار کم است ولی در مایعات، مخصوصا در لوله های قطور این اختلاف فشار غیر قابل صرف نظر کردن است.

ادامه مطلب...

بررسی اثر کشش سطحی و چسبندگی

• مسئله

دو صفحه تخت خیلی بزرگ نزدیک به هم که مطابق شکل با هم زاویه α می سازند را درون مایعی با کشش سطحی γ که سطح صفحه را تر میکند وارد می کنیم.ضریب چسبندگی مایع و صفحه ها σ است. مایع مقداری بالا می رود و پایین ترین نقطه آن نسبت به سطح آزاد h و بالا ترین نقطه آن به اتدازه H بالا تر می ایستد. اندازه H را بر حسب پارامتر های h, L, α و φ بیابید. پارامتر L به این صورت تعریف می شود:

(منبع: کتاب مکانیک شاره ها)

جواب در ادامه مطلب...

اصل پاسکال

اصل پاسکال یا اصل انتقال فشار مایعات بیان می کند که هر گاه در فشار مایع تراکم ناپذیر در حال تعادل تغییری اعمال شود، این تغییر بطور یکسان به تمام نقاط مایع منتقل می شود .

این یکی از اساسی ترین مفاهیم در مکانیک سیالات است و کاربرد بسیاری دارد. برای مثال در شکل زیر با تغییر فشار یک طرف در سمت دیگر همان مقدار تغییر فشار را دریافت می کنیم.

 

مسئله اثر ونتوری

هنگامی که سیال از لوله تنگی عبور می کند فشار آن افزایش می یابد. به این پدیده اثر ونتوری گفته می شود.

• مسئله

در مسیر یک سیال یک لوله ونتوری نصب می کنیم و مطابق شکل یک لوله U شکل به عنوان فشار سنج در دو مقطع لوله فشار را نشان می دهد. اگر چگالی سیال در طول مسیر ثابت بمانداندازه سرعت سیال را در زمان ورود بر حسب A₁ ,A₂ ,h ,g, چگالی سیال(p)در حال عبور و چگالی مایع(p_h) درون لوله U شکل بیابید.  

جواب در ادامه مطلب...