Azərbaycan Respublikası Elm və Təhsil Nazirliyi Kimya və biologiya fakültəsi

Mövzu II
Hidrostatikanın əsasları və Paskal təzyiqi
Hidravlika qədim elm olmaqla, onun inkişafı insanların saya təlabatının ödənilməsi ilə başlanır. Bizim eradan 250 il əvvəl Arximed hidravlikanın əsas qanunlarından sayılan “cisimlərin üzməsi” qanununu vermişdir. Hidravlikaya aid ilk elimi əsər Leonardo da Vinçinin (1452-1519) suyun hərəkəti və ölçülməsi əsəridir. Sonralar bu sahəyə aid əsas işlər Qalileo Qalileyin (1564-1542), Toriçellinin (1608-1647), Blez Paskalın (1623-1642), İsaak Nyutonun (1642-1726) olmuşdur.
Mixail Lomonosov (1711-1765) hidrodinamikanın əsası və təbiət qanunlarından ən mühüm sayılan “enerjinin itməməsi” qanununu verib. D. N. Bernullu (1700-1782) Rusiyada 1725-1730-cu illərdə hidrodinamikadan çox mühüm tədqiqat aparmış 1738-də “hidrodinamikanın əsasları” adlı əsər nəşr etdirmiş, 1738-də o, hidrodinamikanın əsas tənliklərindən-maye hərəkətinin tənliyini vermişdir. L. P. Eyler (1707-1783-ci ildə) ideal maye hərəkətinin diferensial tənliyini almış, buna əsasən də hidroməkanın inkişafına təkan vermişdir. Mayelər hər tərəfdən sıxlığı olan arasıkəsilməyən mühitdir. O, W-ni saxlamaqla vahid formaya malik olmayan fiziki cisimdir. Maye hissəcikləri arasında əlaqə qüvvəsi, bərk cisimlərə nisbətən çox zəif olduğu üçün maye hissəcikləri axıcılıq xassəsinə malikdir. Təbiətdəki mayelər iki cür; damcılı, damcısız qaz olur.
Fizikada xarakterinə görə maye və qazların hərəkətinin 2 növünü ayırd edirlər: laminar (sakit və hamar) və turbulent. Laminar axını, əsasən, nazik kapilyarda, və ya özlü mayelərdə (məsələn, duru yağda) müşahidə etmək olar. Turbulent hərəkət isə dayanıqlılıq itən zaman mövcud olur və bu hərəkəti əksər hallarda təbiətdə (atmosferdə, çaylarda, dənizlərdə), laboratoriya şəraitində (məs, plazmada), texnikada (neftin borularla daşınmasında), kimya sənayesində və s. müşahidə etmək mümkündür. Laminar hərəkətdən turbulent hərəkətə keçid ancaq böyük sürətlərdə mümkün olur və burada mayenin və ya qazın keyfiyyət xarakteristikaları – sıxlığı və özlülüyü mühüm rol oynayır. Bu xarakteristikaları ingilis fiziki Osborn Reynolds (1842-1912) 1883-cü ildə “Reynolds ədədi” adlanan ölçüsüz ədəddə birləşdirdi. Reynolds ədədinin kiçik qiymətlərində hərəkət laminar olur. Bu ədəd kritik həddi keçdikdə isə, axın turbulentə çevrilir. Turbulentlik 2 qüvvənin – ətalət və özlülük qüvvələrinin qarşılıqlı mübarizəsinin nəticəsidir.
Hidrostatik təzyiq - sükunətdəki mayenin olduğu qabın dibinə və divarlarına göstərdiyi təzyiqə deyilir. Hidrostatik təzyiq mayenin sıxlığı və maye sütununun hündürlüyü ilə düz mütənasibdir, p ilə işarə olunur. p=ρgh, burada ρ - mayenin sıxlığı, g -qravitasiya sahəsinin intensivliyi, h - maye sütununun hündürlüyüdür. Qabın divarına mayenin göstərdiyi təzyiqdə həmin düsturla hesablanır. Lakin divarın hər yerində təzyiq eyni olmayıb, dərinliyin artması ilə artır.
Silindrik qaba doldurulmuş mayeni porşenlə sıxaq. Müəyyən vəziyyətdə dayanmış porşen mayeyə hansı qüvvə ilə təsir edirsə maye də öz növbəsində həmin porşenə qiymətcə bərabər, istiqamətcə əks yönəlmiş qüvvə ilə təsir edir. Qabdakı maye həcminin bütünlüklə sükunətdə qalması göstərir ki, mayenin hər bir aşağı layı özündən yuxarıda yerləşən laya təsir edir. Bu isə o deməkdir ki, bərk cisimdə olduğu kimi maye daxilində də gərginlik mövcuddur. Zaman keçdikcə mayenin halında heç bir dəyişikliyin baş verməməsi maye daxilindəki gərginliyin statik (zamana görə sabit) olmasını göstərir. Maye daxilində mövcud olan gərginliyin bərk cisim daxilindəki gərginlikdən prinsipial fərqi ondadır ki, maye (və ya qaz) daxilindəki gərginlik həmişə götürülmüş ixtiyari həcmin səthinə perpendikulyar istiqamətdə yönəlir. Deməli, maye daxilindəki gərginliyin heç bir şəraitdə toxunan istiqamətdə toplananı yoxdur. Maye və qaz daxilində sükunət sürtünməsinin olmaması (toxunan istiqamətdə qüvvənin mövcud olmaması) məhz bununla izah olunur. Maye daxilində mövcud olan gərginlik seçilmiş ixtiyari həcmin səthinə normal istiqamətdə yönəldiyindən, o hər zaman verilmiş həcmi sıxır. Bu səbəbdən maye (və ya qaz) daxilindəki gərginlik təzyiq adlanır. Təzyiq götürülmüş maye həcminin vahid səthinə normal istiqamətdə təsir edən qüvvə ilə ölçülür.
PASKAL QANUNU. Tarazlıq halında olan maye (və ya qaz) daxilindəki təzyiqin paylanması Paskal qanununa tabedir. Bu qanununa görə, qapalı qabdakı maye və ya qaza göstərilən xarici təzyiq bütün istiqamətlərə dəyişməz və bərabər paylanır. Burada işlədilən “xarici təzyiq” məfhumunun izaha ehtiyacı var. Məsələ ondadır ki, qabdakı mayenin hər üst təbəqə sütununun aşağı təbəqəyə göstərdiyi təzyiq də xarici təzyiq anlamına gəlir. Bu səbəbdən, maye səthindən h dərinlikdə yerləşən təbəqəyə göstərilən xarici təzyiq dedikdə mayenin açıq səthinə göstərilən xarici təzyiqlə h hündürlüklü maye təbəqəsinin oturacağa göstərdiyi hidrostatik təzyiqin cəmi başa düşülməlidir. Paskal qanununun doğruluğunu əyani nümayiş etdirmək üçün bircins elastik materialdan hazırlanmış oyuncaq “şarı”n üfürülərək doldurulmasına nəzər salaq. “Şar”ın hazırlandığı material bircins olduqda onun elastikliyi hər yerdə eyni olur. Belə olduğu halda daxilinə hava üfürülən materialın sonda hansı forma alacağı daxili səthin ayrı-ayrı hissələrinə göstərilən təzyiqlə müəyyən olunur – üfürmə zamanı göstərilən xarici təzyiq hər tərəfə bərabər paylandıqda material bütün istiqamətlərdə eyni dərəcədə genişlənərək şar formasını almalıdır. Bircins materialdan hazırlanmış oyuncaq “şar”ı üfürərək hava ilə doldurarkən onun kürə formasını alma faktı Pasqal qanununun doğru olduğunu nümayiş etdirir. Material qeyri-bircins olduğu halda əldə edilən forma mövcud qeyri-bircinsliyə uyğun olur. Məsələn, materialın uzunluğu istiqamətdəki elastikliyi eninə istiqamətdəkindən böyük olduqda ellipsoidaya bənzər uzunsov forma alınır.
HİDRAVLİK PRES. Paskal qnununun çoxlu sayda tətbiqlərindən yalnız birinə - hidravlik presə nəzər salaq. Hidravlik pres qollarının radiusları birbirindən kəskin fərqlənən U şəkilli birləşmiş qabdan ibarətdir. Mütəhərrik qapaqları olan qab yağla doldurulur Hidravlik pres nisbətən kiçik qüvvə tətbiq etməklə böyük qüvvə əldə edərək presləmə (sıxma) və ağır yükləri hündürlüyə qaldırmaq üçün istifadə olunur. Buna misal olaraq təmirçilərin istifadə etdiyi avtomobil liftini göstərmək olar. Avtomobil liftinin işləmə prinsipi belədir. En kəsiyinin sahəsi 1 S olan qolun mütəhərrik qapağına F1 qüvvəsi tətbiq etməklə F S təzyiqi əldə edilir. Pasqal qanununa görə xarici təzyiq dəyişmədən bütün istiqamətlərə bərabər ötürüldüyündən ikinci qoldakı təzyiq də eyni qiymətə malik olur. Deməli, ikinci qolun en kəsiyinin sahəsi birinci qolun en kəsiyi sahəsindən neçə dəfə böyükdürsə ikinci qoldakı qaldırıcı qüvvə ( ) F2 birinci qola tətbiq olunan qüvvədən o qədər dəfə böyük olur. Bu nisbətən kiçik qüvvə tətbiq etməklə ikinci qol vasitəsilə ağır yüklərin hündürlüyə qaldırılmasına imkan verir.