Mustaqil ishi mavzu: suyuqlar va gazlar mexanikasi

FARMATSEVTIKA TA’LIM VA
TADQIQOT INSTITUTI
FARMATSIYA TURLARI BO’YICHA
Salaydinov Sardor TAYORLAGAN




MUSTAQIL ISHI

MAVZU:SUYUQLAR VA GAZLAR MEXANIKASI
Har qanday fan kabi «Suyuqlik va gaz mexanikasi» fani ham ba‘zi abstrakt tushunchalarga tayanadi, masalan, massa, tezlik, kuch, tezlanish, energiya va hokazo. Harakatlanayotgan moddiy jism uchun esa abstrakt modellar kiritiladi, bu modellar o‗z navbatida o‗rganilayotgan masala uchun tabiiy jismning juda muhim bo‗lgan xossalarini o‗zida ifodalaydi. Shuning uchun mexanikada asosan moddiy nuqta, absolyut qattiq jism (yoki moddiy nuqtalar sistemasi), tutash muhit kabi modellardan foydalaniladi: 1) Moddiy nuqta (o‗lchamlari hisobga olmaslik darajada kichik chekli massali jism) modelidan, masalan, jismning harakat traektoriyasini o‗rganishda foydalaniladi. 2) Absolyut qattiq jism (oralaridagi masofa o‗zgarmas holda joylashgan moddiy nuqtalar to‗plami) modelidan, masalan, jismning fazodagi holati, shakli va o‗lchami muhim bo‗lgan holatda foydalaniladi. 3) Tutash muhit modelidan esa jism tutashlik xossasiga ega, qo‗yilgan kuch ta‘siridagi u deformatsiyalanuvchan va uning massasi fazo bo‗ylab notekis taqsimlangan holatda foydalaniladi. Endi bu modellar uchun muhim bo‗lgan ba‘zi tushunchalarni keltirib o‗taylik. Moddiy sistema diskret deyiladi, agar u alohida joylashgan moddiy nuqtalardan iborat bo‗lsa, va aksincha u tutash deyiladi, agar unda moddalar, uning holatining fizik xarakteristikalari va fazodagi harakati uzluksiz taqsimlangan bo‗lsa. Ikkinchi holatda sistema tutash moddiy muhit yoki qisqacha tutash muhit deyiladi. Tutashlik gipotezasi Dalamber tomonodan 1744 yilda kiritilgan. Masalan, qattiq jismlar, suyuqliklar (masalan, suv, yog‗, qorishma, eritma va hokazo), gazlar (masalan, gaz, bug‗, gaz aralashmalari va hokazo) tutash muhitga misol bo‗la oladi. O‗zgaruvchan tutash muhit mexanikada elastik va qovushoq hamda suyuq va gaz holatdagi jismlar deb o‗rganiladi. Mexanikaning o‗zgaruvchan muhitlar harakatini o‗rganuvchi bo‗limi tutash muhitlar mexanikasi deyiladi, uning suyuq va gaz holatidagi muhitlarga aloqador bir qismi suyuqlik va gaz mexanikasi deyiladi. Tutash muhitning zarrachasi deb o‗lchamlari molekulyar masofalardan ko‗p marta katta bo‗lgan muhit hajmining juda kichik elementiga aytiladi. Suyuqlikning zarrachalarini taqriban nuqtaviy deb hisoblash mumkin. Suyuqlik deb ikkita alohida xususiyatga ega bo‗lgan fizik jismga aytiladi: yetarlicha kishik kuch ta‘sirida ham o‗z hajmini keskin o‗zgartiruvchan va oquvchan, yengil qo‗zg‗aluvchan. Boshqacha aytganda, suyuqliklar – bu molekulalari betartib joylashgan, vaqti-vaqti bilan bir muvozanat holatdan boshqasiga sakrab o‗tib turadigan moddalar. Suyuqlikning eng muhim mexanik xarakteristikalari bu uning zichligi, solishtirma og‗irligi va qovushoqligi. Suyuqliklar ikki ko‗rinishda bo’ladi;
tomchili suyuqliklar; gazsimon suyuqliklar. Tomchili suyuqliklar odatdagi umumiy suyuqlik deb ataluvchi tushuncha bilan ifodalanuvchi suv, neft, kerosin, yog‗ va hokazo moddalar. Gazsimon suyuqliklar esa odatdagi gazsimon moddalar: havo, kislorod, azot, propan va hokazo. Suyuqlik va gaz mexanikasida «suyuqlik» tushunchasi kengroq ma‘noda ishlatiladi. Tajribalar shuni ko‗rsatadiki, tovush tezligiga yaqin, lekin undan pastroq tezliklarda gazlar o‗zini siqilmaydigan suyuqlikdek tutadi, tomchili suyuqliklar (masalan, suv) esa katta bosimlarda o‗zini siqiluvchan suyuqlikdek tutadi. Shuning uchun suyuqlik deganda kam siqiluvchan tomchili suyuqliklarni va osongina siqiluvchan suyuqliklar (gazlar)ni tuchunishga kelishib olingan. Ingliz tilidagi «Fluid» so‗zi ham suyuqlik, ham gaz ma‘nosini anglatadi. Ideal gazlarning fizik-mexanik xarakteristikalarini gazlarning kinetik nazariyasi yordamida molekulyar darajada olish mumkin, ammo suyuqliklarning umumiy kinetik nazariyasi hozirgacha yaratilmagan. Texnologik maqsadlar uchun suyuqlik va gaz mexanikasini alohida-alohida ikkita bo‗lim sifatida rivojlantirish zarur, degan fikr hayolga keladi, aslida esa bunga hech qanday zarurat yo‗q. Haqiqatan ham, umumiy «fluid»ni bir jinsli substansiya yoki kontinium deb qarasak va ularga massaning, impulsning va energiyaning saqlanish qonunlarini tadbiq qilsak, juda ko‗p oqimlarning yuqori aniqlikda tavsifini berish mumkin. Suyuqlik va gazlarning, qattiq jismlardan farqli har xil asosiy belgilarini keltirish mumkin. Ma‘lumki, hamma kuchlarni uch turga ajratish mumkin: siquvchi; cho‗zuvchi; urinma. Tutash muhitlar esa bu kuchlar ta‘sirida mos ikki turda deformatsiyalanadi: siqiladi (yoki cho‗ziladi); siljiydi. Har ikkala turdagi deformatsiyalarga yaxshi qarshilik ko‗rsatuvchi tutash jismlar qattiq jismlardir. Qattiq jismlar oddiy sharoitda o‗z shaklini saqlab turadi, suyuqlik va gazlar esa ularni o‗rab turgan idish shaklidagina tura oladi. Shunga ko‗ra suyuqlik va gazlarning tashqi kuchlarga qarshiligi juda kam, ya‘ni ular juda ham oson deformatsiyalanuvchan yoki qo‘zg‘aluvchan (oquvchan)dir. Kuzatishlar shuni ko‗rsatadiki, suv, neft va boshqa moddalar suyuqliklar deb atalib, ular: siquvchi kuchlarga jiddiy qarshilik ko‗rsatadi; uzilishga (cho‗zuvchi kuchlarga), aksincha, deyarli qarshilik ko‗rsatmaydi; urinma kuchlarga (ya‘ni zarrachalarning bir biriga nisbatan siljishiga) esa siljish tezligiga qarab har xil qarshilik ko‗rsatadi. Bu tezlik qancha katta bo‗lsa qarshilik ham shuncha katta bo‗ladi. Gazlar ham xuddi shunday xossalarga ega. Suyuqlik va gazlarning farqi shundaki, suyuqliklar siqilishda o‗z hajmini juda ham kam o‗zgartiradi, gazlar esa Boyl-Mariot qonuniga bo‗ysungan holda ancha sezilarli siqiladi. Qattiq jismlar uchala xil zo‗riqishlarga (siqilish; cho‗zilish; siljish) yetarlicha qarshilik ko‗rsata oladi. Suyuqlik tinch turganda yoki absolyut qattiq jismdek harakat qilayotganda unda urinma kuchlanishlar bo‗lmaydi va faqatgina normal kuchlanishlar kuzatiladi. Kuzatilayotgan suyuqlikdagi normal kuchlanishlar asosan siquvchi kuchlanishlardir, ammo cho‗zuvchi emas. Gazlarda esa cho‗zuvchi kuchlanishlar umuman kuzatilmaydi. Real tomchili suyuqliklarda cho‗zish kuchlanishi qisman va juda kam miqdorda kuzatilishi mumkin, ya‘ni suyuqlikning uzilishdagi m ustahkamligi qattiq


Suyuqlik va gaz mexanikasining predmeti va metodi. Suyuqlikning harakati jarayonlarini, xususan, uning tinch holatini, fenomenologik (muhitning diskret mikrostrukturasidan voz kechish) va statistik (atom va molekulalar hamda ularning o‗zaro ta‘sir kuchlarini e‘tiborga olish) usullar bilan o‗rganish mumkin. Mazkur o‗quv qo‗llanma doirasida faqatgina fenomenologik usuldan foydalaniladi. Shuning uchun bunga oid quyidagi ba‘zi tushunchalarni keltiramiz. Suyuqlik va gaz mexanikasining asosida quyidagi farazlar yotadi: klassik mexanika – Nyuton mexanikasi o‗rinli; klassik termodinamika o‗rinli; tutash muhit sxemasi o‗rinli. 1) Birinchi farazga ko‗ra tezligi yorug‗lik tezligiga nisbatan kichik bo‗lgan harakatlar tekshiriladi, demakki relyativistik mexanika tushunchalaridan foydalanilmaydi, hamda qaraladigan ob‘ektlar kvant mexanikasidagi mikrodunoyga nisbatan etarlicha katta. 2) Sistemaning termodinamik muvozanat holati deb tashqi shartlar saqlanib qolgan taqdirda ham yopiq sistemaning barcha ichki xarakteristikalari uzoq muddatgacha o‗z qiymatlarini saqlab qoladi. Termodinamik muvozanat shartida suyuqlik (gaz)larning holatini bir nechta makroskopik parametrlar (masalan, zichlik, tezlik, temperatura va hokazo) yordamida aniqlab olish mumkin. 3) Suyuqlik ham, har qanday jism kabi, molekulyar tuzilishga ega, demakki, suyuqlikning massasi butun geometrik fazoni egallamaydi, balki uning molekulalarida jamlangan. Lekin biz suyuqlikni uzluksiz muhit (kontinium) deb qaraymiz va matematik amallarda har xil uzluksiz funksiyalardan foydalanamiz. Uchinchi farazimizning ma‘nosi bilan esa quyidagi boblarda to‗la tanishamiz. Shunday qilib, fenomenologik nuqtai nazardan tutash muhit mexanikasi quyidagi uchta gipoteza asosida quriladi: moddiy kontinium tushunchasi bilan bog‗liq tutashlik gipotezasi; koordinata boshiga nisbatan nuqtaning holatini ifodalovchi koordinatalar deb ataluvchi sonlar bilan bir qiymatli beriladigan cheksiz ko‗p nuqtalar to‗plamidan iborat fazo tushunchasi bilan bo‗g‗liq gipoteza (deformatsiyalanuvchi muhit harakati qaraladigan fazo Evklid fazosi deb faraz qilinadi; fazoning o‗lchovi shu fazodagi nuqtaning holatini aniqlovchi koordinatalar sonidan bog‗liq); absolyut vaqt gipotezasi (deformatsiyalanuvchi muqit harakati qaralayotgan tanlangan sanoq sistemasidan bog‗liq bo‗lmagan holda vaqt bir xil kechadi). Fanning dastlabki manbalari. Bizga ma‘lumki, suyuqlik va gaz mexanikasi chuqur tarixiy ildizga ega bo‗lgan gidromexanika (gidravlika) va nisbatan yosh gaz dinamikasi va aeromexanika kabi fanlarning muhim yutuqlariga tayangan va ularni birlashtirgan holda bugungi holatiga keldi. Gidravlika tarixan dunyoda eng qadimgi fanlardan biri hisoblanadi. Suyuqliklar mexanikasini o‗rganishga katta amaliy qiziqishning bir qator ob‘yektiv sabablari mavjud. Birinchidan, tabiatda juda katta suyuqlik zahirasi majud va hamma vaqt 7 inson unga yengil erisha oladi. Ikkinchidan, suyuq jismlar insonning amaliy faoliyatida qulay «yollanma ishchi» sifatida foydalanishi mumkin bo‗lgan bir qator foydali xossalarga ega. Bundan tashqari hayot uchun muhim bo‗lgan bir qator ximik almashinuv reaksiyalar aynan suyuq fazada (ko‗prog suvli eritmalarda) yuz beradi. Shu sababli inson o‗z taraqqiyotining dastlabki bosqichlaridayoq suyuqliklarga qiziqqan. O‗sha davrlarda suv va havo (ya‘ni suyuqlik va gaz) tabiat hodisalarining asosiy sababchisi deb qaralgan. Tarix shuni ko‗rsatadiki, qadimda insonlar o‗zlarining suv va havo bilan bog‗liq ko‗plab amaliy masalalarini muvaffaqiyatli yechishganlar. Arxeologik tadqiqotlar natijasida taxminan eramizdan 5000 yilcha avval Misr va Xitoyda, keyinchalik qadimgi dunyoning boshqa davlatlari: Suriya, Vavilon, Yunoniston, Rim, Hindiston, Yaqin va O‗rta sharqda har xil gidravlik inshootlar qurilmalari: kanallar, suv to‗g‗onlar, suv charxpalaklarini ifodalovchi rasmlar (dastlabki chizmalar) topilganligi buni tasdiqlaydi. Aslida bu inshootlarning hech qanday hisobi bajarilmagan, ular o‗sha zamon ustalarining amaliy ko‗nikmalari va san‘atlari asosida barpo etilgan. Gidravlik masalalarni yechishga ilmiy yondashishning dastlabki korsatmalari eramizdan avvalgi 250 yilda Yunon olimi Arximed (287-212) tomonidan suyuqlikka botirilgan jismga uning bosimi (yoki suyuqlikka botirilgan jismning muvozanati) haqidagi qonunning ochilishi (Arximedning «Suzuvchi jismlar haqida» nomli dastlabki qo‗lyozmasi yaratilishi) bilan aloqador. Uning ishlari keyinchalik bir qator ajoyib gidravlik apparatlar (porshenli nasos, sifonlar va hokazo)ning, umuman olganda, gidrostatikaning yaratilishiga turtki bo‗ldi. Keyinchalik 1500 yil ichida gidravlikaga deyarli muhim o‗zgartirishlar kiritilmadi. Shu davrda bu fan deyarli rivojlanmadi, xususan XV asrgacha gidravlikaga oid birorta ham qo‗lyozma saqlanmagan.