ميكانيك الموائع

الميكانيك هو علمٌ فيزيائيٌّ يتعامل مع الأجسام المتحركة أو الثابتة الخاضعة لتأثير بعض القوى الخارجية، إذ يمكن تقسيم الميكانيك إلى قسمين الستاتيك والديناميك، حيث يتعامل الستاتيك مع الأجسام في وضع السكون بينما يتعامل الديناميك مع الأجسام في وضع الحركة. و ميكانيك الموائع هو فئةٌ فرعيةٌ من الميكانيك يبحث في سلوك السوائل التي تكون ثابتةً أو متحركةً. ويعرف في بعض الأحيان بديناميك الموائع، حيث تعتبر الموائع الساكنة حالةً خاصةً من ديناميك الموائع إذ تساوي سرعة التدفق فيها صفر.

لفهم السوائل من الأفضل أن نبدأ بمقارنة سلوكهم بسلوك المواد الصلبة. ففي حين تمتلك المواد الصلبة حجمًا محددًا وشكلًا محددًا، فإنّ هذه الخصائص غير محددةٍ بوضوحٍ في السوائل، وأحد العوامل التي تميز السوائل عن المواد الصلبة هو إستجابتها للضغط، أمّا المادة الصلبة فهي غير قابلةٍ للضغط بشكلٍ كبيرٍ، مما يعني أنّها تقاوم الضغط، وإذا تم ضغطها بقوةٍ كافيةٍ فإنّ خواصها الميكانيكية تتغير بشكلٍ كبيرٍ.

على المستوى الجزيئي، تميل جزيئات المواد الصلبة إلى أن تكون محددةً في ترتيبها وقريبةً من بعضها البعض. أما في حالة السوائل، فإنّ الجزيئات تكون قريبةً من بعضها ولكن ليس بقدر الجزيئات الصلبة، كما أنّ الترتيب يكون عشوائيًا، وتكون الجسيمات الصلبة بطيئة الحركة ولها جاذبية قوية لبعضها؛ بينما تتحرك الجزيئات السائلة بسرعةٍ معتدلةٍ وتجاذبٌ معتدلٌ؛ أمّا جزيئات الغاز فهي سريعة الحركة للغاية وتمارس جاذبيةً قليلةً أو معدومةً.

وتعد استجابة السوائل للضغط واحدةً من أهم جوانب سلوك السوائل، وتلعب دورًا مهمًا في جميع التخصصات الفرعية لميكانيك الموائع، سواءً الساكنة منها أو المتحركة. ومن بين أهم العبارات التي تصف سلوك السوائل في مجال الهيدروستاتيك هو مبدأ باسكال الذي ينص على أنّ الضغط الخارجي المطبق على السائل ينتقل بشكلٍ موحدٍ على جميع أنحاء الكتلة.

تشير نظرية برنولي في ميكانيك الموائع إلى أنّه في حال كان السائل يتدفق أفقيًّا دون حدوث أي تغييرٍ في قوة الجاذبية عليه يكون عندها انخفاض ضغط السائل مرتبط بزيادة سرعته، فلو كان التدفق عبر أنبوبٍ أفقيٍّ ذو مساحةٍ مقطعيةٍ متغيرةٍ يلاحظ عندها أن السائل يتسارع في المنطقة الضيقة؛ أي أنّ الضغط الذي يطبقه يكون أقل في المقطع العرضي الأصغر.

تعرف السوائل المستخدمة في الثلاجات ومكيفات الهواء باسم المبردات، حيث يمتص المبرد الحرارة من المبخر الذي يكون في درجة حرارةٍ منخفضةٍ، ويوزع تلك الحرارة في الغلاف الجوي ذو درجة الحرارة العالية.

أما في مكيفات الهواء، فإن المبرد يمتص حرارة الغرفة ويلقي بها في الخارج للحفاظ على برودتها، وبذلك فإنّ العملية برمتها في الثلاجات ومكيفات الهواء تعتمد على استخدام المبردات.

إذ أنّ جناح الطائرة منحن من الأعلى ومسطح من الأسفل، فيتحرك الهواء أثناء طيرانها في الأسفل ببطءٍ ويزداد الضغط على هذه المنطقة، بينما يسمح للهواء في الأعلى من التحرك بشكلٍ أسرع مما يؤدي إلى ضغطٍ أقل، وهذا يؤدي إلى قوة رفعٍ تسمح للطائرة بالتحليق.

المضخة عبارةٌ عن جهازٍ مصنوعٍ لنقل السوائل، تعتمد على تغيير فرق الضغط بالاعتماد على مبدأي باسكال وبرنولي، مما يؤدي إلى انتقال السائل من منطقةٍ ذات ضغطٍ مرتفعٍ إلى منطقةٍ ذات ضغطٍ منخفضٍ. أما المحرك الهيدروليكي فهو المكمل الدوراني للإسطوانة الهيدروليكية ومن الناحية النظرية يجب أن يكون متوافقًا مع المضخة الهيدروليكية نظرًا لأنه يؤدي وظيفةً عكسيةً لها.

وهو وسيلةٌ لإيقاف شيءٍ ما عن طريق تطبيق قوةٍ معينةٍ، إذ تعمل الفرامل الهيدروليكية عند الضغط على الدواسة على دفع المكبس الصغير والذي ينقل الضغط إلى سائلٍ يضبط ألواح الفرامل على المكابس الكبيرة، وبالتالي تتلامس ألواح الفرامل مع اسطوانة المكابح وتبطئ السيارة وتوقفها في النهاية.