ของเหลวเป็นสถานะหนึ่งของสสาร มีปริมาตรคงตัวและมีรูปร่างตามภาชนะที่บรรจุ ส่วนก๊าซเป็นอีกสถานะหนึ่งของสสาร มีรูปร่างและปริมาตรไม่คงตัว ขึ้นกับภาชนะที่บรรจุ ทั้งของเหลวและก๊าซสามารถไหลจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งได้ จึงเรียกของเหลวและก๊าซว่า ของไหล (fluid) สมบัติของของไหลได้แก่ ความหนาแน่น ความดัน ความตึงผิวและความหนืด พฤติกรรมของของไหลทั้งที่อยู่นิ่งและเคลื่อนที่อธิบายได้ด้วยหลักและกฎทางฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้อง
ความหนาแน่น
ความดันในของเหลว
ความดันของของไหล คือ อัตราส่วนของแรงที่กระทำต่อวัตถุต่อหน่วยพื้นที่ที่สัมผัสกับของไหล
ความดันในของเหลวจะแปรผันตรงกับความลึกและความหนาแน่นของของเหลว
จากสูตรสรุปได้ว่าความดันในของเหลวชนิดเดียวกันที่ระดับความลึกเดียวกันมีค่าเท่ากัน โดยรูปทรงของภาชนะไม่มีผลต่อความดัน
แรงดันน้ำเหนือเขื่อน
หลอดแก้วรูปตัวยู
เครื่องมือวัดความดันของของไหล
กฎของพาสคัลและเครื่องอัดไฮดรอลิก
ด้วยหลักการนี้ทำให้เกิดการประยุกต์ใช้เครื่องผ่อนแรงที่เรียกว่า "เครื่องอัดไฮดรอลิก" ซึ่งประกอบด้วยกระบอกสูบและลูกสูบสองชุดที่มีขนาดต่างกัน ดังรูปพาสคัล ได้ค้นพบว่า การเปลี่ยนแปลงความดันที่กระทำต่อของไหลในภาชนะปิดจะมีการส่งผ่านแรงทั้งหมดไปยังทุกจุดของของไหลและผนังของภาชนะ
แรงลอยตัวและหลักของอาร์คิมีดิส
หลักเกี่ยวกับแรงลอยตัวของวัตถุซึ่งอยู่ในของเหลวกล่าวว่า “แรงลอยตัวจะมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวซึ่งมีปริมาตรเท่าวัตถุส่วนที่จม” มีค่าดังสมการ
ความตึงผิว
แรงระหว่างโมเลกุลของของเหลวที่ดึงกันไว้ทำให้ผิวของเหลวราบเรียบและตึงเรียกว่า "แรงดึงผิว" แรงดึงผิวนี้จะมีทิศขนานกับผิวของเหลวและตั้งฉากกับขอบที่ของเหลวสัมผัส ดังรูป
ความตึงผิวของของเหลวแต่ละชนิดที่อุณหภูมิเดียวกันมีค่าไม่เท่ากัน สำหรับของเหลวชนิดหนึ่งความตึงผิวจะเปลี่ยนไปเมื่อของเหลวมีสารเจือ เช่น น้ำเกลือหรือน้ำสบู่จะมีความตึงผิวน้อยกว่าน้ำ และความตึงผิวจะลดลงเมื่ออุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น
ความโค้งของผิวของเหลวของเหลวในภาชนะจะมีผิวลักษณะโค้งนูนหรือโค้งเว้า ขึ้นกับแรงระหว่างแรงเชื่อมแน่น(cohesive force)ที่เกิดขึ้นระหว่างโมลุกุลชนิดเดียวกัน กับแรงยึดติด(adhesive)ที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลต่างชนิดกัน ดังรูป
ความหนืด
ของไหลที่มีความหนืดมากจะมีแรงต้านการเคลื่อนที่อันเนื่องมาจากความหนืดของของไหล เรียกว่า "แรงหนืด" แรงหนืดที่กระทำต่อวัตถุขึ้นอยู่กับขนาดความเร็วของวัตถุและแรงนี้มีทิศตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ
จอร์จ กาเบรียล สโตกส์ ได้ทดลองหาแรงหนืดและพบว่า แรงหนืดแปรผันตรงกับความเร็วของวัตถุทรงกลมตัน ตามสมการ
พลศาสตร์ของของไหล
ของไหลในอุดมคติมีสมบัติดังนี้
- มีการไหลอย่างสม่ำเสมอ หมายถึงความเร็วของทุกอนุภาค ณ ตำแหน่งต่างๆของของไหลมีค่าคงตัว
- มีการไหลโดยไม่หมุน คืออนุภาคจะไม่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุม
- มีการไหลโดยไม่มีแรงต้านเนื่องจากความหนืด หมายถึงไม่มีแรงต้านใดๆในเนื้อของของไหล
- ไม่สามารถอัดได้ หมายความว่าของไหลมีปริมาตรคงตัวมีความหนาแน่นเท่าเดิมตลอด
สมการความต่อเนื่อง
เราเรียกสมการนี้ว่า สมการความต่อเนื่อง ซึ่งสรุปได้ว่า
ผลคูณระหว่างพื้นที่หน้าตัดกับอัตราเร็วของของไหลอุดมคติ ไม่ว่าจะอยู่ที่ตำแหน่งใดในหลอดจะมีค่าคงตัวเสมอ
สมการของแบร์นูลลี
สมการนี้เรียกว่า สมการของแบร์นูลลี ซึ่งกล่าวว่า
ผลรวมของความดันพลังงานจลน์ต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร และพลังงานศักย์โน้มถ่วงต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ณ ตำแหน่งใดๆภายในท่อที่ของไหลผ่าน มีค่าคงตัว ด้วยหลักการนี้จึงเกิดการประยุกต์ใช้ในการทำงานของเครื่องพ่นสี และการออกแบบปีกเครื่องบิน เป็นต้น
หัวเรื่อง และคำสำคัญ
ความรู้เกี่ยวกับของไหล,Fluid,สมบัติของของไหล,ความหนาแน่นของของไหล, ความดันของของไหล, ความตึงผิวของของไหล,ความหนืดของของไหล