جواب اینطور سوالات بدین دست رهام
اگر جرمی از سیال به صورت افقی در امتداد یک خط مستقیم با شتاب ثابت a حرکت کنه سطح مایع با افقی زاویه θ را در نظر می گیره زاویه θ را می تونیم با در نظر گرفتن یک ذره سیال به جرم m روی سطح پیدا کرد. نیروهای وارد بر ذره عبارتند از: وزن W = mg، نیروی اینرسی یا نیروی مؤثر معکوس $REF = ma$، و نیروی نرمال N که واکنش عمود بر سطح است.
این سه نیرو با هم در تعادل هستند.
خوب یک مثلت در نظر بگیرین $\tan \theta = \dfrac{REF}{W}$ خوب $\tan \theta = \dfrac{ma}{mg}$
حالا حرکت شیبدار همین کامیون در نظر بگیرین جرمی از سیال را در نظر بگیرید که با یک شیب α از افقی شتاب گرفته است. مولفه های افقی و عمودی نیروی اینرسی REF به ترتیب $x = mah$ و $y = mav$ خواهد بود.
خوب من محاسبه میکنم $\tan \theta = \dfrac{x}{W + y}$و $\tan \theta = \dfrac{ma \cos \alpha}{mg + ma \sin \alpha}$و$\tan \theta = \dfrac{a \cos \alpha}{g + a \sin \alpha}$اما $ cos α = ah$ و $sin α = av$، از این رودارم $\tan \theta = \dfrac{a_h}{g \pm a_v}$از علامت (+) برای حرکت رو به بالا و علامت (-) برای حرکت رو به پایین استفاده کنید.حرکت عمودی جرمی از مایع است که به صورت عمودی به سمت بالا با شتاب ثابت a حرکت می کنن نیروهای وارد بر یک ستون مایع با عمق h از سطح، وزن مایع $W = γV$، نیروی اینرسی $REF = ma$، و فشار $F = pA$ در پایین ستون است.
$\Sigma F_V = 0$,$F = W + REF$و$pA = \gamma V + ma$و$pA = \gamma V + \rho Va$و$pA = \gamma V + \dfrac{\gamma}{g} Va$و$pA = \gamma (Ah) + \dfrac{\gamma}{g} (Ah)a$و$p = \gamma h + \dfrac{\gamma}{g} ha$و$p = \gamma h \left(1 \pm \dfrac{a}{g}\right)$از علامت (+) برای حرکت رو به بالا و علامت (-) برای حرکت رو به پایین استفاده کنید. همچنین توجه کنید دوستان که a برای شتاب مثبت و برای کاهش سرعت منفی است.
چرا وقتی مایع شتاب می گیرد سطح آن مایل است من میام یک مخزن مانند آنچه در شکل دادم به جای شتاب دادن به آن، فقط آن را در یک زاویه کج کنم تا پایه دیگر افقی نباشه. اساساً کاری که انجام دادم تغییر جهت گرانش نسبت به دو طرف ظرف است. آیا انتظار دارید سطح آب به موازات پایه ظرف باقی بماند یا انتظار دارید دوباره افقی باشد (اما نسبت به پایه کج شود). کاری که من در آزمایشات شتاب انجام دادم اضافه کردن یک جزء نیروی شبه گرانشی در جهت مخالف شتاب است. بنابراین اکنون، گرانش مؤثر دیگر در جهت عمودی قرار نمی گیره. بنابراین، سطح سیال باید دوباره تنظیم شود تا دوباره بر جهت گرانشی مؤثر جدید (که عمودی نیست) عمود شود.اگر توازن نیرو را روی بسته کوچکی از سیال درون سیستم با اضلاع dx، dy و dz انجام دهید، موازنه نیرو در جهت y (عمودی) به:
$\frac{\partial p}{\partial y}=-\rho g$
موازنه نیرو در جهت x (افقی) به:
$\frac{\partial p}{\partial x}=-\rho a$
جایی که a شتاب است. تغییر فشار با موقعیت به صورت زیر ارائه می شود:
$dp=\frac{\partial p}{\partial x}dx+\frac{\partial p}{\partial y}dy=-\rho adx-\rho g dy$
از این نتیجه می شود که سطوح فشار ثابت به وسیله:
$\frac{dy}{dx}=-\frac{a}{g}$
سطح آزاد کانتوری از فشار ثابت است.پس میشه $\tan(\theta)=a/g$
مخزنی را در نظر بگیرید که در اصل در حالت استراحت است و حاوی مقداری مایع است. می دانیم که مایع در حالت سکون سطح خود را حفظ می کند. حالا اجازه دهید تانک با شتاب یکنواخت به سمت راست حرکت کند.
همانطور که مخزن شروع به حرکت می کند، متوجه می شویم که سطح مایع دیگر تراز نمی ماند. اما سطح مایع در قسمت جلویی پایین میافتد و همانطور که درشکل میبینید در سمت عقب مخزن بالا میرود. فشار استاتیک در سمت عقب و سمت جلو ناشی از مایع در شکل نشان داده شده است.
اکنون هر ذره A را روی سطح مایع شیبدار همانطور که در شکل نشان داده شده است در نظر بگیرید. می دانیم که نیروی وارد بر ذره مایع عبارتند از:
1. وزن ذره (W) که به صورت عمودی به سمت پایین عمل می کند،
2. نیروی شتاب دهنده (F) که به صورت افقی به سمت راست عمل می کند، و
3. فشار (P) اعمال شده توسط ذرات مایع نرمال به سطح آزاد.
می دانیم که وزن ذره،
$W = mg$که در آن، m = جرم ذره مایع، g = شتاب گرانشی به طور مشابه، نیروی شتاب دهنده
$F = ma$اکنون با حل افقی نیروها در A،$P\sin\theta = F = ma$
و حل نیروها به صورت عمودی در A $P\cos\theta = W = mg$
تقسیم معادله (1) بر (2)$
\frac{P\sin\theta}{P\cos\theta} = \frac{ma}{mg} = \frac{a}{g}
\Rightarrow \tan\theta = \frac{a}{g}$
زاویه سطح آب در ماشین در حال حرکت
، یک ظرف آب وجود دارد و روی شیب در حال حرکت است. ما شتاب ظرف را می خواهیم در حالی که زاویه سطح آب موازی با شیب است. بنابراین من میگم که پاسخ این است که ما اجازه می دهیم ظرف با وزن خودش حرکت کند بنابراین $\color{red}{a_x=g\,sin\alpha}$. اما چیزی که من میپرسم این است که اجازه دهید فکر کنیم شیب وجود ندارد. بنابراین شتاب ها به این صورت خواهد بود
$\color{green}{tan\,\theta= {\Sigma a_x\over \Sigma a_y}}$
بنابراین در این مورد tanθ خواهد بود:
$tan \theta={gsin\alpha\over gcos \alpha}=tan\alpha$
بنابراین $\theta=\alpha$
و این اشتباه است زیرا ما می دانیم که اگر اجازه دهیم ظرف با وزن خود حرکت کند، θ برابر با 0 خواهد بود، من نمی دانم در اینجا چه چیزی را از دست می دهم.
آب را بردارید و در وسط آن یک توپ بولینگ قرار دهید. توپ بولینگ چه می کند؟ آب فقط دستهای از توپهای بولینگ کوچک است. هیچ تعامل خالصی از انتهای ظرف برای تسریع مواد در ظرف مورد نیاز نیست. اگر قسمت پایین موازی باشد، محتویات فقط در آنجا قرار می گیرند. ظرف فقط باید فشار هیدرواستاتیک را تحمل کند. این فقط یک تغییر در آزمایش سقوط چکش و پر است. –
فرض کنید ظرف به صورت افقی حرکت می کند اما تحت نیروهای $F_v =mg \cos(\alpha)$ به عنوان نیروی عمودی و$F_y = mg\sin(\alpha)$
زاویه سطح آب $\arctan \left(\dfrac{\sin(\alpha)}{\cos(\alpha)}\right) = \alpha$خواهد بود
بنابراین θ=α. بنابراین اگر تصویر را با α بچرخانید، آب به موازات شیب خواهد ایستاد!
زاویه ساخته شده توسط سطح مایع با صفحه افقی
.hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا