جوانی های مرحوم سعدی و یک مطلب فیزیکی دینامیک شاره‌ها

دینامیک شاره‌ها یا همان دینامیک سیّالات، نام یکی از شاخه‌های بسیار پرکاربرد و وسیع مکانیک سیّالات است. موضوع مورد مطالعه در این زمینه از علوم چگونگی رفتار مایعات و گازها به هنگام حرکت تحت اثر عوامل گوناگون می‌باشد.
مهم‌ترین کاربردهای دینامیک سیّالات در دانشهایی مانند اقیانوس شناسی و علوم دریایی،مهندسی شیمی، هواشناسی، مهندسی عمران، مهندسی پزشکی، مهندسی هوافضا، نجوم و ستاره‌شناسی،صنایع خودرو سازی، کشتی سازی، و موارد متعدد علمی و کاربردی دیگر است.

اهمیت و غنای علمی:

از آنجا که دینامیک سیّالات پدیده‌های پیچیده‌ای همچون جریانهای آشفته، امواج شوک در سرعت‌های مافوق صوت، و سامانه‌های بی نظم را شامل می‌شود، بخش عمده‌ای از پیشرفتهای علمی در ریاضیّات کاربردی، و در فیزیک به خاطر تلاش در حل اینگونه مسایل حاصل شده‌است.

ایستاشناسی شاره‌ها

مکانیک محیط‌های پیوسته

ایستاشناسی شاره‌ها یا هیدرواستاتیک، زیرشاخه‌ای از علم مکانیک شاره‌ها است که به بررسی شاره‌ها و معادلات حاکم بر آن در حالت سکون می‌پردازد.

فشار در سیال در حال سکون

به علت ماهیت شاره‌ها یک سیال در اثر تنش برشی نمیتواند ساکن بماند . اما شاره‌ها میتوانند فشار نرمال (عمودی) را به هر سطح در تماسی اعمال کنند . اگر یک جزء مکعبی بسیار کوچک از سیال را در نظر بگیریم این جزء(المان) از اصل تعادل پیروی می‌کند یعنی فشار وارده بر هر وجه این مکعب باید مساوی باشد . اگر اینطور نبود این المان در حال حرکت در جهت نیروی خالص اعمالی به المان خواهد بود که با ساکن بودن سیال در تناقض است . بنابراین فشار وارده بر سیال در حال سکون ایزوتروپیک (دارای شدت برابر از هر سو ) است.این خاصیت است که به سیال اجازه انتقال نیرو را در طول لوله‌ها میدهد یعنی نیروی وارد شده به سیال در یک سر لوله به وسیله سیال به سر دیگر منتقل میشود.

این موضوع اولین بار توسط پاسکال فیلسوف و ریاضی دان فرانسوی به طور مختصر فرمول بندی شد و بعدها به عنوان قانون پاسکال شناخته شد . این قانون کاربردهای فراوانی در هیدرواستاتیک دارد.

فشار هیدرواستاتیک

فشار هیدرواستاتیک عبارت است از فشار وارد شده توسط سیال در حال تعادل که به علت نیروی جاذبه اعمال میگردد . فشار هیدرواستاتیک را میتوان بوسیله یک جزء مکعبی بینهایت کوچک از سیال تحلیل کرد . از انجایی که فشار به عنوان نیروی وارد بر سطح شناخته میشود(p = F/A، که p: فشار, F: نیروی عمود بر سطح A, A: مساحت)

واینکه تنها نیروی اعمالی به این جزء کوچک نیروی وزن ستون سیال بالای آن است نیروی هیدرو استاتیک را میتوان توسط فر مول زیر محاسبه کرد:

$p(z)=\frac{1}{A}\int_{z_0}^z dz' \iint\limits_A dx' dy'\, \rho (z') g(z') = \int_{z_0}^z dz'\, \rho (z') g(z')$ ,

که در آن:

p فشار هیدرواستاتیک (Pa),
ρ چگالی سیال(kg/m³),
g شتاب گرانش (m/s²),
A مساحت سطح مورد بررسی (m²),
z ارتفاع سطح مورد بررسی (m),
z₀ ارتفاع نقطه مبنای فشار (m).

رابطه بالا برای مایعات در اکثر مواقع میتواند ساده تر شود. با استفاده از دو فرض: تراکم ناپذیر بودن مایعات (ثابت بودن چگالی سیال) و ثابت فرض کردن شتاب گرانش (در اکثر مواقع ارتفاع ستون سیال بالای سطح مورد نظر در مقایسه با شعاع زمین بسیار کوچکتر است)میتوان به فرمول زیر رسید:

$\ p = \rho g h$ ,

در رابطه بالا h ارتفاع بین z-z₀ است. در رابطه بالا z₀ باید روی سطح سیال در نظر گرفته شود در غیر این صورت رابطه انتگرالی به چند بخش باید تفکیک شود همچنین فرمول بالا فشار را در حالت خلاء بیان می‌کند فشار مطلق سیال در اتمسفر برابر:

$\ p = \rho g H + p_\mathrm{atm}$ ,

که در آن H ارتفاع کل ستون سیال از سطح مورد نظر تا سطح سیال و p_atm فشار اتمسفر است

فشار اتمسفر:

در دمای ثابت میتوان فشار اتمسفر را از رابطه زیر معلوم کرد:

$\ p (h)=p (0) e^{-Mgh/kT}$

که در آن:

g = شتاب گرانش

T = دمای مطلق (یعنی به کلوین)

k = ثابت بولتزامن

M = جرم مولکولی (جرم یک عدد مولکول)

p = فشار

h = ارتفاع

برای گاز هایی که ترکیبی از چند مولکول هستند میتوان با فرض تک مولکولی بودن فشار را برای تمام ملکول‌ها از رابطه بالا محاسبه کرد و با استفاده از این مقادیر فشار گاز را معلوم ساخت.

+ نوشته شده در یکشنبه ۲۲ بهمن ۱۳۹۱ ساعت ۱۰:۳۸ ب.ظ توسط محمد رضا شارکی |

شیمی و قرآن

ارتباط شيمي با قرآن كريم

مقدمه:

اگر نظري به آيات قرآن بيفکنيم مي بينيم که در موارد گوناگون خداوند انسانها را به سير و گشت و گذار در جهان پيرامون خود فرا مي خواند.بارها در قرآن آمده است اي انسانها آيا به آسمان نمي نگريد؟ آيا به ستارگان نمي نگريد ؟ به گياهان؟به حيوانات؟و ..........گوياترين بر اين مدعا نامهاي اشيا» , حيوانات و صورتهاي فلکي است که در سراسر آيات قرآن مشاهده مي شود.

-سوختن چوب و توليد آتش:
در آيه 80 سوره ياسين خداوند به خاصيت آتش افروزي درختان سبز اشاره مي کند.امروز ميدانيم گياهان گاز کربنيک را از هوا و آب را از زمين جذب کرده و به کمک انرژي نوراني خورشيد طي عمل فتوسنتز در ابتدا ماه گلوکز الي را ساخته واکسيزن آب در اين فرآيد آزاد ميشود.طي فرآيندهاي بعدي از گلوکز چوب ساخته ميشود و انرژي ذخيره شده (انرژي شيميايي خورشيد)در گياهان هنگام سوختن چوب ها آزاد مي شود و همچنين اگر تمام چوب ها و درختان بر اثر وزش باد و طوفان به هم بخورند آتش سوزيهاي وسيع و وحشتناک در جنگلها رخ مي دهد.
-آهن:
در آيه 25 سوره حديد آمده است آهن (و ديگر فلزات)را که در آن سختي (براي جنگ و کارزار) و هم منافع بسيار براي مردم است افريديم) و امروز ميدانيم که آهن و آليازهاي آن به مجموع فلزات ديگر در زندگي انسان اهميت دارد.
-آب دريا ها :
در آيات متعدد قرآن خداوند اهميت دريا و آب را بيان ميکند (و هم او خدايي است که دريا را براي شما مسخر کرد)(نحل 14).درياها سرشار از مواد معدني و جلبلک هايي است که پايه و اساس زنجيره غذايي را در داخل آب تشکيل داده و اهميت زيادي در زندگي انسانها دارند.سوره الرحمن آيه 19 اشاره به دو دريايي دارد که در کنار هم قرار دارند و در حاليکه با هم تماس دارند در ميان آنها مانعي قرار دارد که يکي برديگري غلبه نکند.چرا؟
سرنوشت آب درياها:
قرآن کريم در آيه 6 سوره تکوير از برافروخته شدن درياها و آيه 3 سوره انفطار از به هم پيوسته شدن درياها در روز قيامت صحبت ميکند که جاي بسي شگفتني است بعيد نيست در استانه قيامت آب اين درياها که از دو ماده اکسيژن و هيدروژن تشکيل يافته چنان تحت فشار قرار گيرند که تجزيه شوند و بر اثر يک جرقه همگي تبديل به يک پارچه آتش شوند.
-رعد و برق:
ايه 12 سوره رعد و 24 سوره روم در قرآن رعد و برق را هم مايه ي اميد و هم مايه ي ترس معرفي ميکند و امروز با اکتشافات علمي ثابت شده که رعد و برق فوائد برکات فراواني دارد از جمله :
1-آبياري و از برق معمولا حرارت فوق ا لعاده زيادي توليد مي شود که مقدار زيادي از هواي اطراف را سوزانيده و در نتيجه فشارها کم شده و ابرها مي بارند.
2-در هنگام برق قطرات باران با اکسيژن کافي اضافي ترکيب شده که يکي از آثارش کشتن ميکروبهاست و به همين دليل هر سال که رعد و برق کم باشد آفات گياهان زياد مي شود.
3-قطرات باران بر اثر برق و حرارت شديد يک حالت اسيدي پيدا مي کند و هنگام پاشيدن بر زمينها يک نوع کود گياهي موثر ساخته مي شود و گياهان تغذيه مي شوند.
در آيه 2 سوره ي الحديد آمده که:له الملک السماوات آهن عنصري است که براحتي از زمين استخراج شده و به راحتي مي توانيد به آن برگردد و دوباره مثل قبل بصورت اکسيد آهن قرمز رنگ در کاني آهن درآيد که به نظر من اين آيه مي تواند به اين موضوع اشاره داشته باشد.
در آيه 25 اين سوره که مي فرمايد:
ابتدا اشاره به فرستادن انبيا با عدل و سپس از خصوصيات آهن که فوايد زيادي دارد و براي حفظ عدالت آفريده شده صحبت مي کند.
از لحاظ شيميايي آهن داراي عدد اتمي زوج است و پايداري نسبي بيشتري نسبت به عناصر با عدد اتمي فرد دارد و نسبت به آنها فراواني نسبي بيشتري دارد.فراواني عناصر به پايداري آنها مربوط است.اين پايداري براساس انرژي اتصال بيان مي شود.هنگام تشکيل هسته اتم از اجزاي آن مقداري ماده به انرژي تبديل مي شود که اين انرژي براساس رابطه زير بيان مي شود:
E =(m)C

انرژي اتصال آهن از اختلاف بين جرم هسته آهن و با جرم 26 پروتون و 30 نوترون تشکيل دهنده آن بدست مي آيد.
رنگهاي شيميايي در قرآن:
زندگي بشر از بدوخلقت تحت تاثير دو عامل مهم شب و روز بوده است. انسان با مشاهده علامت
شب(تاريکي)به سر پناه خود روي مي آوردو با آشکار شدن صبح و روشنايي به سوي تلاش و فعاليت مي شتابد. خداي متعال از دو عامل فوق به عنوان نعمتي بزرگ ياد مي کند و در کنار ساير نعمتهايش مي فرمايد:"و جعلنا الليل لباسا و جعلنا النهار معاشا" (يعني شب را براي شما پوششي قرارداديم و روز را براي معاش شما قرار داديم )اين عملکرد فطري در انسان بيانگر اين است که انسان ناخوداگاه تحت تاثير رنگها قرار مي گيريد و با کشيده شدن پرده آبي تيره بر آسمان احساس نياز به استراحت و آرامش در او به وجود مي آيد و با طلوع صبح و آشکار شدن نور و روشنايي زرد رنگ به انسان نيروي تکاپو و فعاليت دست ميدهد.بنابراين پيشينه شناخت رنگها و احساس نياز به آنها به صورت تکويني در خلقت وجود داشته است. از اين رو خداوند رنگها را صفت مشترک بين موجودات اعم از زنده و غير زنده قرار داده و مي فرمايد:"آيا نديدي که خدا باران را از آسمان فرود اورد و با ان انواع ميوه هاي گوناگون و رنگارنگ پديد آورد و در زمين کوهها و طرق زياد و اصناف و رنگهاي مختلف سفيد;سرخ;سياه خلق فرمود و از اصناف انسان (مرد و زن ) و اجناس حيوانات نيز به همين گونه مختلف آفريد."
-خواص رنگ سبز
در قرآن کريم از ميان همه رنکها به رنگ سبز به عنوان رنگ لباس بهشتيان معرفي شده است.":ويلبسون شبابا خضرامن سندس و استبرق"لباسهاي سبز حرير و ديبا بپوشند.
.مسرت بخشي و شادآور بودن اگر آب مايه حيات است;رنگ سبز نشانگر طراوت و زندگي مي باشد
چرا که طبيعت با اين رنگ لباس حيات به تن مي کند خداوند متعال اين شگفتي را به صورت زيبا ترسيم کرده و ميفرمايد:
رنگ سبز رنگ گياهان و طبيعت است و خداوند آنها را مظهر مسرت و شادابي معرفي مي کند"فانبتنا به حدائق ذات بهجه"پس به وسيله آب باغهاي بهجت انگيز رويانديم.در تعريف بهجت آورده که البهجه حسن اللون و ظهور السروفيه"بهجت بهترين رنگ است و شادابي و نشاط در آن ظهور دارد.امام صادق عليه السلام در بيان خاصيت رنگ سبز مي فرمايد:"سه چيز غم و غصه را از بين مي برد 1-آب 2-رنگ سبز 3-خوشرويي.
-خواص رنگ قرمز:

از منظر آيات و روايات خداوند متعال در قرآن کريم از رنگ قرمز به عنوان رنگ کوهها در جاده

هاي پرپيچ و خم کوهستاني تعبير آورده و مي فرمايد:برخي از کوهها داراي خطوط سفيد
و سرخ به رنگها مختلف آفريديم;که با اندکي تامل در آيه فوق به جايگاه رنگ قرمز در علم زمين شناسي پي مي بريم زيرا کوهها سرخ رنگ منبع عظيم آتشفشاني هستند و مدام در حالت تلاطم مي باشند. که نماد اصلي اين کوهها گرم و فعال بودن آنها است به همين علت در اثر تغييرات جغرافيايي شروع به فوران مي کنند و در آيه 37 سوره الرحمن نيز در سرخي دگرگونيها ي صفحه آسمان به هنگام قيامت به اين رنگ تشبيه شده است با اين بيان که "پس آنگاه که آسمان شکافته شوند مانند چرمي سرخ وگلگون گردد."

ادامه نوشته

+ نوشته شده در دوشنبه ۱۶ بهمن ۱۳۹۱ ساعت ۱۰:۲۵ ب.ظ توسط محمد رضا شارکی |