نقطه سکون

تعریف نقطه سکون رو از کتاب آقای مانسون قبلا ارایه کردم :

تعریف نقطه سکون:هر جسم جامد که درون جریان یک سیال،ساکن باشد(بی حرکت باشد) طوریکهبخشی از جریان از بالا و بخشی از جریان از پایین آن بگذرد دارای نقطه سکون است که در آن نقطه سرعت صفر میباشد.

اما الان میخوام تقریبا مفصل هرچی دارم و ندارم از نقطه سکون اینجا بگم لطفا اونایی که سیالاتشون خوبه هم تماشاگر نباشن و اگه چیزی میدونن حتما بگن.

تقریبا همه ما نقطه سکون رو با شکل لوله پیتوت میشناسیم حتی خیلی ها تعریف نقطه سکون رو بلد نیستن و با شنیدن نقطه سکون شکل پیتوت یادشون میآد.

ساده ترین مثالی که میشه از سکون سیال زد یه صفحه یا کف حیاطه که شیلنگ آب رو میگیرین عمود بهش و آب مانند شکل زیر(فلش ها) به دو طرف  و بالا و پایین پخش میشه و نقطه مرکزی هم نقطه سکونه،

خب این یعنی چی؟سعی میکنیم از دو جنبه بگیم این یعنی چی:

1-به لحاظ تعریف>>چون این مساله دو بعدیه اگه نگاه کنید میبینید که جریان دو قسمت شده و نسبت به نقطه مرکزی یه قسمت  جریان به بالا و یه قسمت به پایین رفته. صفحه(یا کف حیاط) هم که یک جسم جامد و ساکنه که تو جریان یک سیال قرار گرفته پس:

تعریف نقطه سکون کاملا برقراره و همین!

2-از لحاظ تحلیلی و اینکه یعنی چی میگیم سکون>>از زمان صفر شروع میکنیم یعنی زمانی که اولین لحظه جت سیال میخوره به کف حیاط>>در این لحظه که تازه اولین تماس برقرار میشه اولین دسته از ذرات سیال(که تو یه مقطع دایره ای هستند)برخورد میکنن به کف حیاط میخوان برگردن که بلافاصله دسته بعدی ذرات سیال میخورن بهشون و نمیتونن برگردن مجبور به پیدا کردن راه فرار میشن بنابراین پخش میشن  اما نقطه مرکزی سرجاش میمونه و از اون نقطه سیالای پشتی که میرسن>>یه لحظه توقف>>پخش به اطراف.در واقع همه نقاط الا نقطه مرکزی جارو میشن توسط جریان.خیلی سادست تصورش.

اینه که میگیم سیال در نقطه سکون دچار "ایست" کامل میشه.

مثال بعدی کره هست که نوکش دچار سکون میشه دلیلش از رو تعریف کاملا قابل درکه اما از نظر تحلیلی ببینید ذرات سیال رو هم میلغزن پس طبیعیه که با شیب جسم جامد هماهنگ شن در نوک کره شیب(خط مماس)افقیه اما بقیه نقاط نه پس در نوک دقیقا همون اتفاق کف حیاط میفته(که شیب اونم صفره)میخواد برگرده که .....در واقع هم در مثال کف حیاط و هم کره اولین ذره ای که برخورد کرد به نوک کره(نقطه مرکزی جت سیال)همون جا تا ابد میخکوب میشه(تا وقتی جریان سیال قطع شه!)اما بقیه نقاط جاروب میشن(توسط جریان)

مثال بعدی یک نیمکره تو خالیه (پوسته حلقوی مانند شکل زیره) که هم با تعریف و هم با تحلیل(شیب صفر)قابل درکه به راحتی که کجاست نقطه سکونش.قاشق رو بگیرین زیر شیر آشپزخونه.

مثال بعدی همون لوله پیتوته.در ابتدا سیال میآد و پر میکنه لوله رو(بالا میره از تو لوله)دیگه از اون به بعد هر دسته سیال که میخوره به مقطع دایره ای پائین لوله پیتوت انگار که به یه جسم ساکن خورده و از اونجا به بعد دیگه باز همون داستان کف حیاطه و....

چرا در یک انقباض ناگهانی ناحیه ویک(wake region) داریم؟

خب باز از اولین لحظه که دسته سیال ها میخورن به محل انقباض ناگهانی شروع میکنیم.دسته سیالا که نمیدونن به کجا میخوان بخورن(شعور ندارن که!)میخورن به دیواره عمودی بالایی(و همینطور پایینی) میخوان برگردن که داستان کف حیاط تکرار میشه و به اطراف پخش میشن اما یه تفاوت بزرگ هست اینجا اونم اینکه راه بسته است از یه طرف(نقطه 1) و از طرف دیگه که بازه (نقطه 2 )هم به خاطر سیالای مرکز لوله(نقطه 3) که طبق اصل پیوستگی(کاری به فشار استاتیکشون نداریم)میخوان رد شن هم در تنگنان. و از طرف دیگه هم سیالای پشت سری دارن بلافاصله میآن.

حالا اینها رو با هم تصور کنین.مثلا دیوارعمودی بالایی رو در نظر بگیرین:

نقطه 3 به نقطه 2( به سیالی که خورده به دیوار و میخواد بیاد پایین)فشار میآره.نقطه یک میره بالا میخوره به خط 4 و برمیگرده میخواد برعکس جریان سیال حرکت کنه ذرات پشت سری میخوان مانع برگشت ذرات نقطه 1 شن اما از طرفی راه دررو ای هم ندارن و از پشت  به خودشونم داره حمله میشه(به خاطر پیوستگی باید نمونن و رد شن)اینه که اثر فشار نقطه 3 به 2(اصل پیوستگی) و حرکت ذرات نقطه 1 به عقب میچربن بر فشار پشت سریا و تصور کنید به سادگی که حرکت گردابی شروع میشه و دیگه ادامه پیدا میکنه. اینجا نقطه ای نیست که ساکن بمونه رو دیوار چون همش داره جاروب میشه توسط جریان.این میشه داستان یک انقباض ناگهانی.

مثال بعدی شکل زیر هست که داستان انقباض ناگهانی رو براش تکرار کنید تا برسید به اینکه اونجا هم نقطه سکونی یافت می نشود!

اما مشکل ما با آقای سنجل که اینه که اگه شست دست رو جلو شیلنگ آب بگیریم نقطه سکونی داریم یا نه؟!

خب عینا همین تحلیل برای شکل بالا(که شباهت زیادی به انقباض ناگهانی داره)رو براش به کار بگیریم و همچنین به تعریف نقطه سکون توجه کنیم می بینیم که نقطه سکونی نداریم و در واقع به خاطر رعایت اصل پیوستگی جاروب میشه پشت شستمون توسط آب و یه ناحیه ویک کوچیک خواهیم داشت پشت دست و نقطه سکونی باقی نمیمونه حالا اینکه آقای سنجل اینطور میگن جدا جای سؤاله:لینک درگیری ما با آقای سنجل بزرگوار!  

حتما بخوانید نظر استاد دکتر طاهریان استاد دانشگاه آلاباما امریکا را: اینجا کلیک کنید