Mavzu: Tezlik potensiali. Suyuqlikning potensial harakati. Reja

Suyuqlikning potensial harakati.
Suyuqlik materiya agregat holatlaridan biri boʻlib, unda hajm saqlanadi, biroq shakl oʻzgaradi. Suyuqlik bir-biri bilan kimyoviy bogʻlangan atom va molekulalardan iborat. Yerda eng keng tarqalgan suyuqlik suvdir. Suyuqlik gaz kabi oquvchan va idish shaklini oladi. Baʼzi suyuqliklar bosimga chidamli, boshqalari esa siqiladi. Gazdan farqli oʻlaroq suyuqlik kengayib butun idishni toʻldirmaydi, sobit zichlikni saqlaydi. Suyuqlikning farqli xossasi sirt tarangligidir, u namlanish hodisasiga sabab boʻladi. Suyuqlik zichligi qattiq moddanikiga yaqin, gaznikidan esa ancha yuqori.
Suyuqlik — moddaning qattiq va gazeimon holatlari oʻrtasidagi agregat holat. Suyuqlikning baʼzi xossalari gaznikiga, baʼzi xossalari qattiq jismnikiga oʻxshab ketadi. U qattiq jismga oʻxshab maʼlum hajmni egallaydi, idishga quyganda esa, gaz singari, idish shaklini oladi. Kimyoviy tarkibiga koʻra suyuqlik 1 komponentli (sof), 2 komponentli (binar), 3 komponentli va koʻp komponentli (4 va undan ortiq komponentli) suyuq aralashmalar (eritmalar)ga boʻlinadi. Fizik tabiatiga koʻra suyuqlik normal (odatdagi), suyuq kristallar va kvant suyukliklar (suyuq 4Ne, 3Ne va ularning eritmalari)ga boʻlinadi. Odatdagi suyuqliklar faqat bitta fazaga ega. Geliy „Ne ikki suyuq fazada — normal va oʻta oquvchan fazalarda, suyuk, kristall moddalar esa normal va bir yoki hatto bir necha anizotrop fazalarda boʻlishi mumkin. Normal suyuqlik tashqi taʼsir boʻlmaganida makroskopik bir jinsli va izotrop boʻladi. Xuddi shu xossalari bilan suyuqlik gazga oʻxshaydi, ammo anizotrop kristall qagtiq jismlardan keskin farq qiladi. Amorf qattiq jismlar (mas, shisha) oʻta sovitilgan suyuqlik boʻlib, odatdagi Sdan kinetik harakteristikalari son qiymatlari bilan farq qiladi. Agar suyuqlik qizdirila boshlansa, uning issiqlik oʻtkazuvchanlik, yopishqoqlik, diffuziya kabi xossalari gazlarning shunday xossalariga yakinlashib boradi. Kristallanish temperaturasiga yaqinlashganda esa, kupchilik odatdagi suyuqliklarning zichligi, siqiluvchanligi, issiqlik sigʻimi, elektr oʻtkazuvchanligi kabi xossalari mos ravishdagi qattiq jismlarning shunday xossalariga yaqinlashadi.
Suyuqliklarda molekulalar birbiriga yaqin turadi. Shuning uchun har bir molekula oʻzining atrofidagi qoʻshni molekulalar bilan oʻzaro taʼsirlashib turadi. Suyuqlik molekulalari gaz molekulalari kabi erkin harakat qilmasdan, qandaydir vaqt oraligʻida oʻtroq holat deb ataluvchi holatdagi muvozanat vaziyat atrofida tebranib turadi. Vaqtvakti bilan S molekulasi oldingi muvozanat vaziyatdan oʻz oʻlchamlariga yaqin boʻlgan masofacha uzoqlikka oʻtib, yangi muvozanat vaziyatni egallab boradi. Shu tarzda S molekulalari suyuqlik hajmi boʻyicha betartib ravishda sekinlik bilan koʻcha boshlaydi. S aniq hajmga ega boʻlishiga qaramay, maʼlum shaklni saklab qola olmaydi va idishning oʻzi egallagan qismining shaklini oladi.
Moddalarning faza holati, asosan, temperatura T va bosim R ga bogʻliq. Molekulalarning oʻzaro taʼsiri oʻrtacha potensial energiyasining ularning oʻrtacha kinetik energiyasiga nisbatan faza holatini aniklaydigan kattalik ye(T, R) hisoblanadi. Qattiq jismlar uchun ye(G, R)“gʻ; bu molekulalarning oʻzaro taʼsir kuchining katta ekanligini va u molekulalarni muvozanat holat yaqinida ushlab turishini koʻrsatadi. Gazlar uchun ye(T, R)"gʻ; bu molekulalarning tortishish kuchi ularni birbiriga yaqin holatda ushlab tura olmasligini ifodalaydi. S uchun g(T, R)~gʻ. Bu esa suyuqlikni tashkil etuvchi molekulalarning uzluksiz betartib harakati va molekulalar orasidagi oʻzaro taʼsir kuchlarining qoʻshgan hissalari deyarli bir xil ekanligini koʻrsatadi.
Suyuqlikning makroskopik xossalari mexanika, fizika, fizikkimyo uslublaridan foydalanib oʻrganiladi. Masalan, muvozanat holatdagi suyuqlikning mexanik va issiklik xossalari termodinamika uslublari; muvozanat holatdan chiqarilgan Slarda sodir boʻluvchi jarayonlar qaytmas jarayonlar termodinamikasi; yaxlit muhit deb qaraluvchi suyuqlik harakati gidrodinamika; suyuq metallarning oʻziga xos oqimi magnit gidrodinamika uslublari orqali oʻrganiladi.

Suyuqlik oqimi uyurmali yoki uyurmasiz (potensial) bo‘lishi mumkin. Uyurmasiz oqimni o‘rganish masalasini qiymatlari har xil oqimlarning tezliklari maydonini aniqlashga imkon beradigan potensial funksiyani (yoki tezlik potensialini) topishga olib kelinishi mumkin. Uyurmali oqimning ba’zi bir hollarida uning kinematik xarakteristikalarini aniqlash masalasi oqim funksiyasi deb ataluvchi bitta funksiyani topishga olib kelinishi mumkin. Natijada tezliklar potensialini va oqim funksiyasini topish eng muhim masalaga aylanadi. Shuning uchun bir qator kinematika masalalari potensial funksiyani va oqim funksiyasini topishga, hamda bu funksiyalar ma’lum bo‘lganda oqimning kinematik xarakterini qurishga va tezliklar maydonini topishga olib kelinadi. Harakatning potensiallik sharti - bu uyuqma tezligining nolga teng ekanligi ( rotu  0  ) yuqorida qayd etildi. Mexanik nuqtai nazardan bunda suyuqlik zarrachasi aylanmasdan harakat qiladi. Quyida potensial harakat suyuqliklar mexanikasida muhim ahamiyatga ega ekanligi ko‘rsatilgan. Suyuqliklar kinematikasini o‘rganish kompleks funksiyalar nazariyasi bilan ham chambarchas bog‘langan. Bunda ba’zi analitik funksiyalarni tanlash bilan oqimning xarakterini ifodalash mumkin. Bunday funksiya potensial funksiya va oqim funksiyasini aniqlashga imkon beradi. Ba’zi bir masalalarni yechishda esa oqimning sodda yoki murakkabligiga qarab kompleks potensialni topish orqali oqimning kinematik sxemasi va tezliklar maydoni quriladi.

Suyuqlik oqimining tekis o‘zgarmas, sekin o‘zgaruvchan va tez o‘zgaruvchan harakatlari.
Oqimning harakatida oqim chiziqlarining to‘liq parallel ko‘rinishidagi xususiy holati tekis o‘zgarmas harakati deyiladi. Lekin, amaliyotda ko‘pincha oqim chiziqlari parallelligi saqlanmaydi. Bunday harakatlar sekin o‘zgaruvchan va tez o‘zgaruvchan harakatlarga bo‘linadi. Quyidagi ikki shartni qanoatlantiruvchi holatdagi oqimning harakati sekin o‘zgaruvchan harakat deyiladi. Harakatdagi kesim. Elementar oqimchalar to‘plamining oqim chiziqlari perpendikular bo‘lgan (AV) yuza harakatdagi kesim deb ataladi. Bu  harfi bilan belgilanib, yuza o‘lchov birliklarida o‘lchanadi. Tekis o‘zgarmas harakatda bu kesim tekis bo‘lib, tekis o‘zgaruvchan harakatda tekis ko‘rinishga o‘xshash shaklga ega bo‘ladi. Tekis o‘zgaruvchan oqimlarning hisobi bajarilganda, bu kesim tekis shaklda deb qabul qilinadi. AV kesimda joylashgan m nuqtadagi zarracha tezlik u ni A'B' kesimga perpendikular un tashkil etuvchiga va A'B' kesimda yotuvchi un tashkil etuvchilarga ajratamiz. Bunda u tezlik tashkil etuvchisi va uning tezlanishi w ni hisobga olmasdan
un  u;wn  w
ko‘rinishda yozish mumkin.
Suyuqlik sarfi. Harakatdagi kesimdan birlik vaqt oralig‘ida o‘tgan suyuqlik hajmi suyuqlik sarfi deyiladi. Bu kattalik Q harfi bilan belgilanib, quyidagi o‘lchov birliklarida o‘lchanadi, m3/s, dm3/s, l/s
Harakatdagi kesim bo‘ylab, tezlik bir xil emasligini va ifodani etiborga olib,   S Q ud deb yozish mumkin. Bunda, integral  egri kesim yuzasi bo‘ylab olinadi. O‘rtacha tezlik. Yuqorida ta’kidlanga-nidek, tezlik harakatdagi kesimning turli nuqtalarida turlichadir. ... u1  u2  u3  Shu sababli o‘rtacha tezlik degan tushuncha kiritiladi va  harfi bilan belgilanadi.          ud ёки Q ; (7.3) Shunga asosan, sarf quyidagicha aniqlanadi: Q 
Demak, tekis va tekis o‘zgaruvchan harakatlarni o‘rganishda qo‘llaniladigan  – o‘rtacha tezlik tushunchasi deganda shu kesimdagi mavjud tezliklarning o‘rtacha arifmetik qiymati tushuniladi. Tezlik epyurasi. Faraz qilaylik, 7.4-rasmdagi vertikal MN - biror bir harakatdagi kesimga mos keladi. Bu kesimda turlicha u1, u2, u3, …, tezliklar mavjud. Bu tezlik vektorlari oxirini o‘zaro birlashtirib, ABMN shaklni olamiz, bu shakl u tezlikni MN vertikal bo‘ylab taqsimlanish tezligini ko‘rsatadi. Bu shakl tezlik epyurasi deyiladi. Shakl yuzasini  harfi bilan belgilaymiz. Ko‘rilayotgan kesimning ixtiyoriy tezliklari uchun epyura bir xil bo‘lganligi sababli, Q  b bundan, b Q   Endi 7.4-rasmda C-D vertikalni shunday vaziyatdan o‘tkazamizki, CDMN yuza kattaligi  yuzaga teng bo‘ladi.