حاسبة لزوجة الهواء

اللزوجة هي خاصية أساسية للسوائل، بما في ذلك الهواء، وتمثل مقاومة السائل للتدفق أو التشوه. بالنسبة للهواء، تتأثر هذه الخاصية بدرجة الحرارة بشكل كبير، مما يوفر رؤى أساسية لتطبيقات متنوعة، من الديناميكا الهوائية إلى نماذج المناخ.

الخلفية التاريخية

يعود تاريخ دراسة لزوجة الهواء إلى القرن التاسع عشر، حيث سعى العلماء لفهم سلوك الغازات وتفاعلها مع الأجسام الصلبة. إن فهم لزوجة الهواء أمر بالغ الأهمية لتطوير النظرية الحركية للغازات، وله آثار على كل من الهندسة والظواهر الطبيعية.

صيغة الحساب

لحساب لزوجة الهواء، تُستخدم الصيغة التالية:

\[ \mu = \frac{b \times T^{3/2}}{T + S} \]

حيث:

• \(\mu\) هي اللزوجة بوحدة باسكال ثانية (Pa.s)،
• \(b\) ثابت يساوي \(1.458 \times 10^{-6}\)،
• \(T\) هي درجة الحرارة بالكلفن،
• \(S\) هو ثابت سثرلاند \(110.4\) كلفن.

مثال على الحساب

إذا كانت درجة حرارة الهواء 300 كلفن، فيمكن حساب لزوجة الهواء كما يلي:

\[ \mu = \frac{1.458 \times 10^{-6} \times 300^{3/2}}{300 + 110.4} \approx 1.846 \times 10^{-5} \, \text{Pa.s} \]

أهمية وسيناريوهات الاستخدام

تُعد لزوجة الهواء أمرًا بالغ الأهمية للتنبؤ بكيفية تحرك الهواء حول الأجسام، وهو أمر حيوي لتصميم الطائرات، والتنبؤ بالطقس، وفهم الدورة الجوية. كما تلعب دورًا في حساب قوة السحب التي تواجهها الأجسام التي تتحرك عبر الهواء، وفي تصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المباني.

الأسئلة الشائعة

1. لماذا تزداد لزوجة الهواء مع زيادة درجة الحرارة؟

   • على عكس السوائل، تزداد لزوجة الغازات، بما في ذلك الهواء، مع زيادة درجة الحرارة لأن الجزيئات الأسرع حركة عند درجات حرارة أعلى تؤدي إلى زيادة انتقال الزخم بين طبقات الغاز، مما يزيد من مقاومة التدفق.

2. كيف يتم قياس لزوجة الهواء؟

   • يمكن قياس لزوجة الهواء باستخدام مقاييس اللزوجة المصممة لقياس مقاومة تدفق الهواء عبر فتحة صغيرة أو بين لوحين، ولكن غالبًا ما يتم حسابها باستخدام صيغ تعتمد على درجة الحرارة للتطبيقات العملية.

3. هل يؤثر ضغط الهواء على لزوجته؟

   • تعتمد لزوجة الهواء بشكل أساسي على درجة الحرارة، وهي مستقلة إلى حد كبير عن الضغط على ارتفاعات منخفضة وظروف معتدلة. ومع ذلك، قد تحدث انحرافات على ارتفاعات وضغوط عالية جدًا.

إن فهم لزوجة الهواء أمر ضروري لتطبيقات عديدة عبر الهندسة، وعلوم البيئة، والفيزياء. تعمل هذه الآلة الحاسبة على تبسيط عملية تحديد لزوجة الهواء، مما يسهل تطبيقها في السياقات العملية والنظرية.