الصف الثاني الثانوي - فيزياء
الوحدة الثانية: خواص الموائع الساكنة والمتحركة
اللزوجة الحركية: قانون نيوتن للزوجة ومعامل اللزوجة والسرعة الحدية والتشخيص الطبي
انقر على أي جملة للاستماع إليها مباشرة 👆
تعد اللزوجة (Viscosity) خاصية فيزيائية مميزة للمائع تعبر عن مقدار مقاومته للجريان أو الانزلاق بين طبقاته المتجاورة عند تحرك بعضها فوق بعض. وتنشأ قوى الاحتكاك الداخلي أو قوى اللزوجة المماسة نتيجة قوى التماسك الجزيئية بين طبقات المائع. وقد صاغ العلم قانون اللزوجة الذي يربط بين قوة المماسة المؤثرة F ومساحة الطبقة A ومفرق السرعة وتدرج السرعة dv/dy من خلال معامل اللزوجة ηs. كما تتجلى الأهمية الحيوية للزوجة في التشخيص الطبي المعملي عبر قياس 'سرعة ترسيب كرات الدم الحمراء' وفق المعايير الوزارية الوطنية المعتمدة.
1. قانون اللزوجة ومعامل اللزوجة (ηs)
القوة المماسية اللازمة لتحريك لوح بسرعة ثابتة فوق طبقة مائع.
- نص القانون:
F = ηs × A × (v / d). - معامل اللزوجة (ηs):
ηs = (F × d) / (A × v). - وحدات القياس الدولية:
نيوتن × ث / م^2 = كجم / (م × ث) = باسكال × ثانية. - العوامل المؤثرة: نوع مادة المائع ودرجة حرارته (تقل لزوجة السوائل بارتفاع درجة الحرارة).
2. التطبيقات الحيوية: سرعة الترسيب في الدم (ESR)
سقوط كرات الدم الحمراء في البلازما يخضع لقوى الجاذبية ومقاومة اللزوجة.
- السرعة الحدية: السرعة الثابتة التي تسقط بها الكرة عندما تتزن قوة وزنها لأسفل مع مجموع قوة الطفو وقوة اللزوجة لأعلى (تناسب طردي مع مربع نصف القطر r^2).
- الحمى الروماتيزمية والالتهابات: تلتصق كرات الدم الحمراء فيزداد حجمها ونصف قطرها ⇒ تزداد سرعة الترسيب عن المعدل الطبيعي.
- الأنيميا وتكسر الكرات: يتكسر حجم الكرات ويقل نصف قطرها ⇒ تقل سرعة الترسيب عن المعدل الطبيعي.
تطبيقات صناعية: تزييت وتشحيم الآلات الميكانيكية
تستخدم زيوت عالية اللزوجة لتزييت المحركات والآلات لحمايتها من التآكل الناتج عن الاحتكاك؛ حيث تلتصق بطبقات المعدن وتمنع تلامسها المباشر، وتظل ملتصقة حتى عند ارتفاع درجات حرارة التشغيل العالية في المحركات.
ورشة مسائل اللزوجة والتطبيقات الطبية (8 تمارين محلولة)
السمك d = 3 × 10^-3 م.
ηs = (F × d) / (A × v) = (12 × 3 × 10^-3) / (0.2 × 1.5) = 0.036 / 0.3 = 0.12 نيوتن × ث / م^2 (أو باسكال × ث).
ηs = (F × d) / (A × v) = (12 × 3 × 10^-3) / (0.2 × 1.5) = 0.036 / 0.3 = 0.12 نيوتن × ث / م^2 (أو باسكال × ث).
في السوائل: الحرارة تضعف قوى التماسك بين الجزيئات فتقل مقاومة الانزلاق. أما في الغازات: فالحرارة تزيد الطاقة الحركية وتصادمات الجزيئات بين الطبقات فتزداد اللزوجة.
ارتفاع سرعة الترسيب يشير إلى تلاصق كرات الدم الحمراء وزيادة نصف قطرها المؤثر، مما يدل على وجود التهاب حاد أو حمى روماتيزمية أو نقرس.
F = ηs × A × v / d = 0.8 × 0.05 × 2 / (2 × 10^-3) = 0.08 / (2 × 10^-3) = 40 نيوتن.
تتزن القوى المؤثرة: قوة وزن الجسم لأسفل (Fg) = قوة دفع السائل لأعلى (قوة الطفو Fb) + قوة مقاومة اللزوجة لأعلى (Fv)، فتصبح العجلة صفراً وتثبت السرعة.
لقوة تماسكها العالية والتصاقها الشديد بأجزاء الآلات المعدنية، فلا تطرد بسهولة تحت الضغوط العالية وارتفاع درجات حرارة الاحتكاك.
الوحدة: كجم / (م × ث) = كجم × م^(-1) × ث^(-1).
صيغة الأبعاد هي: M L^(-1) T^(-1).
صيغة الأبعاد هي: M L^(-1) T^(-1).
تقل سرعة الترسيب عن المعدل الطبيعي؛ بسبب قلة حجم كرات الدم الحمراء وتكسرها وصغر نصف قطرها، وتتناسب السرعة طردياً مع مربع نصف القطر.
اضغط على أي بطاقة لاكتشاف المعنى الدقيق، واضغط على أيقونة الصوت للاستماع للنطق:
معامل اللزوجة
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
القوة المماسية لوحدة المساحات عند وجود تدرج سرعة مقداره الوحدة (ηs)
💡 إضاءة وتوضيح: ثابت فيزيائي
السرعة الحدية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
السرعة النهائية الثابتة التي يتحرك بها جسم في مائع عند اتزان قوى الوزن والطفو واللزوجة
💡 إضاءة وتوضيح: مفهوم حركي
سرعة الترسيب
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
معدل هبوط كرات الدم الحمراء في أنبوب معملي مدرج خلال زمن محدد (ESR)
💡 إضاءة وتوضيح: فحص سريري
تدرج السرعة
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
النسبة بين فرق السرعة بين طبقتين من المائع والمسافة العمودية بينهما (v / d)
💡 إضاءة وتوضيح: تفاضل مكاني
القوة المماسية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
القوة الموازية لسطح طبقة السائل واللازمة لإبقائها متحركة بسرعة ثابتة
💡 إضاءة وتوضيح: متجه قوى
باسكال × ثانية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
الوحدة الدولية المكافئة لـ نيوتن × ثانية / م^2 لقياس معامل اللزوجة
💡 إضاءة وتوضيح: وحدة مشتقة
قوة التماسك
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
قوى التجاذب الكهرومغناطيسية المتبادلة بين جزيئات المائع المتماثلة من نفس النوع
💡 إضاءة وتوضيح: قوى جزيئية
قوة الالتصاق
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
قوى التجاذب المتبادلة بين جزيئات السائل والأسطح الصلبة الملامسة لها
💡 إضاءة وتوضيح: قوى سطحية
التزييت والتشحيم
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
استخدام موائع لزجة لتقليل قوى الاحتكاك المباشر بين التروس الميكانيكية
💡 إضاءة وتوضيح: تطبيق هندسي
قوة الطفو
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
قوة دفع السائل لجسم مغمور فيه رأسياً لأعلى وتساوي وزن السائل المزاح
💡 إضاءة وتوضيح: مبدأ أرشميدس
صيغة الأبعاد
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
M L^(-1) T^(-1) لمعامل اللزوجة المشتق من وحدات الكتلة والطول والزمن
💡 إضاءة وتوضيح: تحليل بعدي
الحمى الروماتيزمية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
مرض التهابي يؤدي لتلاصق كرات الدم الحمراء وارتفاع حاد في سرعة الترسيب
💡 إضاءة وتوضيح: حالة مرضية
الأنيميا
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
نقص خضاب الدم وتكسر الكريات الحمر مما يخفض سرعة ترسيبها المعملية
💡 إضاءة وتوضيح: حالة مرضية
الطبقة الساكنة
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
طبقة المائع الملامسة للقاع الساكن وتكون سرعتها صفراً لخاصية الالتصاق
💡 إضاءة وتوضيح: شرط حدودي
اضغط على الإجابة لتتحقق من فهمك وتكتشف التفسير النموذجي فورياً:
1
وحدة قياس معامل اللزوجة ηs في النظام الدولي (SI) تكافئ:
2
عند ارتفاع درجة حرارة سائل، فإن معامل لزوجته:
3
إذا أظهر فحص دم لشخص أن سرعة الترسيب بلغت 50 مم/ساعة (فوق الطبيعي)، فهذا مؤشر على:
4
تصل كرة معدنية تسقط في سائل لزج إلى سرعتها الحدية عندما:
5
لوح مساحته 0.1 م^2 يتحرك بسرعة 1 م/ث فوق سائل سمكه 1 مم بقوة مماسية 5 نيوتن، فإن معامل لزوجته يساوي:
6
صيغة أبعاد معامل اللزوجة في الميكانيكا هي:
7
تستخدم زيوت عالية اللزوجة في تشحيم محركات السيارات والآلات لأنها:
8
تتناسب السرعة الحدية لسقوط كرات الدم الحمراء في البلازما طردياً مع:
🎉 تهانينا يا بطل! أتممت جميع محطات الدرس بنجاح باهر وتستحق وسام التميز!