الفيزياء · المسرد

ما معنى كمون السرعات؛ التكامل الخطي؟

تعريف 2.14 الفيزياء الجامعية — السنة الثانية · الفصل 2 — تحريك الموائع

في جريان لادوراني تشتقّ السرعة من كمون سرعات: v=gradφ\vect v = \operatorname{\vect{grad}}\varphi (وعندئذ لا يتوقف التكامل الخطي للمتجهة v\vect v على امتداد مسار إلا على طرفيه، ABv ⁣dl=φ(B)φ(A)\int_A^B\vect v \cdot\dd\vect l = \varphi(B) - \varphi(A)). فإن كان الجريان لاانضغاطيًّا كذلك، كان Δφ=divgradφ=0\Delta\varphi = \operatorname{div}\operatorname{\vect{grad}} \varphi = 0: أي إن الكمون يحقق معادلة لابلاس، تمامًا كما يفعل الكمون الكهرسكوني في منطقة خالية من الشحنة — وهو الجريان الكموني. والتكامل الخطي للسرعة على امتداد منحنٍ مغلق CC هو Γ=Cv ⁣dl\Gamma = \oint_C\vect v\cdot\dd\vect l.

ثلاثة جريانات مستوية. على اليسار: جريان الركود، وهو لادوراني، وخطوط تياره قطوع زائدة. وفي الوسط: الدوامة النقطية — خطوط تيار دائرية، والدوامية مع ذلك معدومة بعيدًا عن المركز. وعلى اليمين: منحني دوامة رانكين، دوران صلب في اللبّ ودوامة نقطية في الخارج.
ثلاثة جريانات مستوية. على اليسار: جريان الركود، وهو لادوراني، وخطوط تياره قطوع زائدة. وفي الوسط: الدوامة النقطيةخطوط تيار دائرية، والدوامية مع ذلك معدومة بعيدًا عن المركز. وعلى اليمين: منحني دوامة رانكين، دوران صلب في اللبّ ودوامة نقطية في الخارج.

أمثلة

مثال 2.15 (ثلاثة جريانات مستوية)

(1) جريان الركود v=k(x,y)\vect v = k(x, -y): فيكون divv=0\operatorname{div}\vect v = 0، و ω=0\vect\omega = \vect 0، و φ=12k(x2y2)\varphi = \tfrac12k(x^2 - y^2)؛ وخطوط التيار xy=ثابتxy = \text{ثابت}، وهي قطوع زائدة — كنفث يصطدم بجدار، بجوار المحور. (2) الدوامة النقطية v=Γ2πreθ\vect v = \dfrac{\Gamma}{2\pi r}\vect e_\theta (بالإحداثيات القطبية المستوية): وهي لاانضغاطية ولادورانية في كل مكان إلا عند r=0r = 0، و φ=Γθ/2π\varphi = \Gamma\theta/2\pi (متعدد القيم)، ويكون التكامل الخطي على أي دائرة حول المركز Γ\Gamma — أي إن الدوامية مركَّزة على المحور. (3) دوامة رانكين: لبّ r<ar < a في دوران صلب vθ=Ωrv_\theta = \Omega r (ودواميته 2Ω2\Omega) موصول بالدوامة النقطية vθ=Ωa2/rv_\theta = \Omega a^2/r في الخارج: وهو نموذج الإعصار القمعي، ودوّامة حوض الاستحمام، والدوّامة خلف دعامة الجسر — وتبلغ السرعة ذروتها عند حافة اللبّ.

اقرأ في الفصل ←