02.07.01 – ද්‍රවස්ථිති විද්‍යාව

0
954
  • මෙහිදී නිශ්චලව පවතින(ස්ථිතික) තරල (ද්‍රව හා වායු) සම්බන්ධයෙන් හදාරනු ලැබේ.
  • පීඩනයක් යොදා සම්පීඩනය කළ නොහැකි බැවින් ද්‍රව අසම්පීඩ්‍ය තරල ලෙසත්, පීඩනයක් යෙදීමෙන් පහසුවෙන් සම්පීඩනය කළ හැකි බැවින් වායු සම්පීඩ්‍ය තරල ලෙසත් හැඳන්වේ. මෙහිදී නිශ්චලව පවතින ද්‍රව හා වායු යන දෙකම සම්බන්ධයෙන් හදාරනු ලැබේ.

ඝනත්වය(Density)

යම් ද්‍රව්‍යයක ඒකක පරිමාවක ස්කන්ධය එහි ඝනත්වය ලෙස අර්ථ දැක්වේ.
එනම්,

යම් ද්‍රව්‍යයක V පරිමාවක ස්කන්ධය M නම්,

  • ρ හි ඒකක ලෙස kg m-3 සහ g cm-3 භාවිත කෙරේ.
  • ρ අඩු ද්‍රව ρ වැඩි ද්‍රව මත පාවෙන අතර, ρ වැඩි ද්‍රව ρ අඩු ද්‍රව තුල ගිලේ.
  • පොදු වශයෙන් යම් මාධ්‍යයක ඝනත්වය සෑම තැනකම එක සමාන වේ නම් එය සමජාතීය මාධ්‍යයක් ලෙස හැඳින්වේ.

Q ; ජලය 1 (ලීටර) ක ස්කන්ධය සොයන්න.

මිශ්‍රණවල ඝනත්ව

පරිමාව අනුව :

  • ඝනත්වය ρ1 වන ද්‍රව්‍යයකින් V1 පරිමාවක් වන ද්‍රව්‍යයකින් පරිමාවක්, ඝනත්වය ρ2 වන ද්‍රව්‍යයකින් V1 පරිමාවක් මිශ්‍ර කළ විට සෑදෙන මිශ්‍රණයේ ඝනත්වය සෙවීමට අවශ්‍යය. මිශ්‍ර වීමේදී පරිමාවේ වෙනසක් සිදු නොවේ යැයි උපකල්පනය කරන්න

Q1 : ρ1 = 6000 kg m-3 වන ලෝහයකින් 3(ලීටර) පරිමාවක් සහ ρ2 = 8000 kg m-3 වන ලෝහයකින් 2(ලීටර) පරිමාවක් උණු කර මිශ්‍ර කල වි සෑදෙන මිශ්‍ර ලෝහයේ ඝනත්වය කොපමණද?

Q2 : එක්තරා ද්‍රවයකින් 200 cm3 ක් ජලය 300 cm3 ක් සමග මිශ්‍ර කල විට ලැබුණු මිශ්‍රණයේ ඝනත්වය 800 kg m-3 විය. අදාල ද්‍රවයේ ඝනත්වය සොයන්න.

ස්කන්ධය අනුව :

  • ඝනත්වය ρ1 වන ද්‍රව්‍යයකින් m1 ස්කන්ධයක් සහ ඝනත්වය ρ2 වන ද්‍රව්‍යයකින් m1 ස්කන්ධයක් මිශ්‍ර කළ විට සෑදෙන මිශ්‍රණයේ ඝනත්වය සොයමු. මිශ්‍ර වීමේදී පරිමාවේ වෙනසක් සිදු නොවේ යැයි උපකල්පනය කරන්න.

Q1 : ඝනත්වය 6000kg m-3 ලෝහයකින් 300 g ස්කන්ධයත්, ඝනත්වය 8000 kg m-3 ලෝහයකින් 400 g ස්කන්ධයත් උණු කර මිශ්‍ර කිරීමෙන් ලැබෙන මිශ්‍ර ලෝහයේ ඝනත්වය කොපමණද?

Q2 : ඝනත්වය වන 600 kg m-3 ද්‍රවයකින් 900 g ස්කන්ධයක් ජලය සමඟ මිශ්‍ර කළ විට සෑදුණු මිශ්‍රණයේ ඝනත්වය 900 kg m විය. මිශ්‍ර කළ ජල ස්කන්ධය කොපමණද?

සාපේක්ෂ ඝනත්වය(විශිෂ්ඨ ගුරුත්වය)

(Relative Density/Specific Gravity)

  • යම් ද්‍රව්‍යයක ඝනත්වය ජලයේ ඝනත්වයට දරන අනුපාතය එහි සාපේක්ෂ ඝනත්වය හෙවත් විශිෂ්ඨ ගුරුත්වය නම් වේ.

ද්‍රව්‍යයේ V පරිමාවක ස්කන්ධය M ද, ජලය V පරිමාවක ස්කන්ධය MW ද යැයි ගනිමු.

  • සාපේක්ෂ ඝනත්වය අනුපාතයක් බැවින් එයට ඒකක හෝ මාන නොමැත.

Q1 : රසදිය වල සාපේක්ෂ ඝනත්වය සොයන්න. ( ρHg=13600 kg m-3 )

  • පොදු වශයෙන් D > 1 වන ද්‍රව්‍ය ජලයේ ගිලේ. D < 1 වන ද්‍රව්‍ය ජලයේ පාවේ.
  • ඉහත ඔප්පු කරන ලද මිශ්‍රණ වල ඝනත්ව සඳහා වන සූත්‍ර දෙක සාපේක්ෂ ඝනත්ව සඳහාද වලංගු බව සලකන්න.

Q2 : සාපේක්ෂ ඝනත්වය 8 ක් වන ලෝහයකින් 700 cm3 පරිමාවක්, සාපේක්ෂ ඝනත්වය 6 ක් වන ලෝහයකින් 1300 cm3 පරිමාවක් සමග උණු කර මිශ්‍ර කල විට ලැබෙන මිශ්‍ර ලෝහයේ ඝනත්වය සොයන්න.

ද්‍රවස්ථිති පීඩනය

පීඩනය

  • පීඩනය යනු ඒකක වර්ගඵලයක් හරහා ඊට ලම්භකව ක්‍රියා කරන අභිලම්භ බලය වේ.
  • වර්ගඵලයක් මත අභිලම්බ මධ්‍යනය බලය F නම් ,
    P = F/A
    P හි ඒකක :- N m-2 = Pa වේ.
  • පීඩනය, මාන = ML-1 T-2
    මූලික ඒකකය = kg m-1 s-2
  • ද්‍රව්‍යක් තුළ පීඩනයක් ඇති වන්නේ ඊට ඉහලින් ඇති ද්‍රව කඳ මගින් ඇති කරන අභිලම්භ බලය මගිනි. ද්‍රවයේ කිසියම් ප්‍රදේශයක ඒකක වර්ගඵලයක් මත එයට ලම්බකව ක්‍රියා කරන මධ්‍යනය බලය පීඩනය ලෙස අර්ථ දැක්වේ.

ඝනත්වය ඒකකාර (සමජාතීය) ද්‍රවයක h ගැඹුරකදී පීඩනය(P) සලකා,

1. ද්‍රව කඳ නිශ්චලව හෝ ඒකකාර ප්‍රවේගයෙන් චලනය වන විට,

2. ඒකාකාර ත්වරණයෙන් ඉහලට චලනය වන විට,

3. ඒකාකාර ත්වරණයෙන් පහලට චලනය වන විට,

ඉහත ද්‍රව පෘෂ්ඨය වයුගෝලයට නිරාවරණය වේ නම් මුළු පීඩනය ගැනීමේදී වායු ගෝලීය පීඩනයද එකතු කල යුතු වේ.

එකම නිශචල ද්‍රවයක් සඳහා ඕනෑම ලක්ෂයකදී පීඩනය hρg වේ. සමජාතිය ද්‍රවයක් තුල වූ පීඩනය, ද්‍රවයේ ඝනත්වය හා එම ලක්ෂය පිහිටි ගැඹුර මත රදා පවතී.

ඝනත්වය ρ වන ද්‍රවයක පෘෂ්ඨයට h ගැඹුරකින් පිහිටි O ලක්ෂය සලකන්න. O වටා A වර්ගඵලයක් මත තිරස් තැටියක් සලකන්න. මෙම තැටියට දැරීමට සිදුවන බලය නම් එයට ඉහළින් ඇති h උස ද්‍රව කඳේ බරයි.

  • එම නිසා අර්ථ දැක්වීමෙන් O ලක්ෂ්‍යයේ පීඩනය,
  • Pහි ඒකක = m x kg m-3 x m s-2
    = kg m s-2 x m-2
    = Nm-2

ද්‍රව කඳ තිරස් දිශාවට ත්වරණයෙන් ගමන් නොකරන විට එකම තිරස් මට්ටමකදී පීඩනය සමාන වේ.

  • ද්‍රව කඳ තිරස් දිශාවට ඒකකාර ත්වරණයෙන් ගමන් කරන විට එකම තිරස් මට්ටමකදී පීඩනය සමාන නොවේ.

PA – PB < PC – PD < PE

  • ඇතැම් අවස්ථාවලදී පීඩනය ද්‍රව කඳක උසක් ලෙස ප්‍රකාශ කරයි.
    උදා : 1 mm Hg
    එනම් 1 mm රස දිය කඳක් මගින් ඇති කරන පීඩනය වේ.
  • පීඩනයට නිශ්චිත දිශාවක් නොමැත. එය සෑම දිශාවකටම එක හා සමානව ක්‍රියා කරයි. එනම් පීඩනය සර්වසම දිශා රාශියකට ක්‍රියා කරයි. නමුත් එය දෛශිකයක් ලෙස හැඳින්විය නොහැක.
  • යම් පෘෂඨයක් මත ද්‍රව්‍යක් මගින් ඇති කරන පීඩනය එම පෘෂඨයට ලම්භක වේ.
  • එකම ද්‍රව්‍යයේ එකම උසකට පුරවා ඇති පතුලේ වර්ගඵලය සමාන ඉහත බඳුන් තුළ පීඩනය මගින් පතුල මත ඇති කරන තෙරපුම් බල සමාන වේ.
    FA = FB = FC
  • නමුත් ඒවායේ සම්පීඩන තුලා පාඨංක වෙනස් වේ. මෙය ද්‍රවස්ථතික විරුද්ධාබාසය නම් වේ.
    WA > WB > WC
  • බඳුනේ පෘෂ්ඨ මත ද්‍රවය මගින් ඇත් කරන පීඩනයේ සම්ප්‍රයුක්තය මීට හේතු වේ.

Q1 : වායුග‌ෝලීය පීඩනය = 76 Hg cm යනු,

Q2 : ජලාශයක 5 m ගැඹුරින් පිහිටි ලක්ෂයක පීඩනය Pa වලින් කොපමණද?

U – නලය

  • U- නලය භාවිත් කර යම් ද්‍රවයකට සාපේක්ෂව තවත් ද්‍රවයක ඝනත්වය සොයාගත හැක.
    ජලයට සාපේකෂව තවත් ද්‍රවයක ඝනත්වය සාපේකෂ ඝනත්වය නම් වේ.

U – නලයක් භාවිතයෙන් ද්‍රවයක සාපේක්ෂ ඝනත්වය සෙවීම.

  • මේ සඳහා පහත පරිදි ඇටවුම සෑදිය යුතු වේ.
  • ජල මාවකයේ සිට පොදු පෘෂඨයට ඇති උස hw හා අදාල ද්‍රවයේ මාවකයේ සිට පොදු පෘෂඨය හරහා ඇඳි තිරස් රේඛාවට ඇති උස h0 ද, ජලයේ ඝනත්වය ρw හා ද්‍රවයේ ඝනත්වය ρ0 ද, වායු ගෝලීය පීඩනය P ද නම්,
  • ප්‍රස්ථාරික ක්‍රමයක් භාවිතා කරන්නේ නම්,
    h0 එදිරිව hw හි ප්‍රස්ථාරයේ අනුක්‍රමනය = ද්‍රවයේ සාපේකෂ ඝනත්වය
  • මුලින්ම U – නලයට ඇතුල් කරනුයේ ඝනත්වය වැඩි ද්‍රවයේ වේ. නැතහොත් U – නලයේ බාහු දෙකේම ඝනත්වයෙන් අඩු ද්‍රව ස්ථර දෙකක් සෑදේ.
  • U – නලය මගින් සැසඳිය හැක්කේ මිශ්‍ර නොවන ද්‍රව දෙකක ඝනත්වයන් පමනි.

හෙයාර් උපකරණය

  • එකිනෙක සමග මිශ්‍ර වන ද්‍රව සදහා මෙම ක්‍රමය යොදාගනි. යටිකුරු කරන ලද U – නලයක බාහු දෙකක් බීකර වල අඩංගු ද්‍රව දෙකක ගිල්වා ඇත.
  • සාමාන්‍යයෙන් මෙවැනි නලයක විශ්කම්බය 0.5 cm – 1 cm අතර වේ.
  • ඉන්පසු T ක්ලිපය බුරුල් කර එය තුලින් වාතය උරා ද්‍රව මට්ටම් ප්‍රමාණවත් උස වලට නැගුනු පසු ක්ලිපය තද කරනු ලැබේ.

සිද්ධාන්තය

නළයෙන් වාතය උරමින් ද්‍රව කඳන් වල උස වෙනස් කරමින් පරීක්ෂණය නැවත නැවත කීප වරක් සිදු කර පහත සමීකරණය භාවිතයෙන් ප්‍රස්ථාරික ක්‍රමයක් මගින්ද ඝනත්ව සැසඳිය හැකිය. එය වඩා නිරවද්‍ය ක්‍රමය වේ.

ක්‍රමය

  • බීකරයට ඉහලින් ඇති ජල කදේ උස 10 cm පමණ වන සේ නලයෙන් වාතය කටින් ඉවතට ඇද, ක්ලිපය තදින් වසන්න
  • ද්‍රව කදන් නිශ්චල වූ පසු දර්ශක තුඩ යන්තමින් ද්‍රව පෘෂ්ඨවල ස්පර්ශ වන පරිදි සකසන්න
  • පරිමාණය භාවිත කර ද්‍රව කඳන් වල ඉහල කෙලවරේ පාඨාංකයත්, දර්ශක තුඩට අදාල පාඨාංකයත් ලබා ගන්න.
  • එමගින් ද්‍රව කඳන් 2හි උසවල් ( h1 සහ h2 ) මැන ගන්න.
  • ඉන්පසු ප්‍රස්ථාරයක් ඇඳ අනුක්‍රමනය ලබාගන්න.
  • එමගින් ρ1/ρ2 අනුපාතය ගණනය කල හැකිය. එක ද්‍රවයක ඝනත්වය දන්නේ නම් අනෙක් ද්‍රවයේ ඝනත්වය සෙවිය හැකිය.

පරීක්ෂණය සම්බන්ධ වැදගත් කරුණු

  • A හා B වල පීඩන සමාන වන්නේ දෙකම වායු ගෝල පීඩනයට සමාන වන නිසාය.
  • වාතය ඉරීමෙන් හෝ පිට කිරීමෙන් ද්‍රව කදන් වල උස වෙනස් කල හැක. නමුත් එහිදී බාහු දෙකේ ද්‍රව කදන් ඉහල පැමිණ එකිනෙක සමග මිශ්‍ර වන ලෙස සිදු නොකල යුතුය
  • අල්පෙනිති තුඩවල් බාහිර ද්‍රව මට්ටම් සමග යන්තම් ස්පර්ශ වන අවස්තාව ලබා ගැනීමට ප්‍රතිබිම්බ සමපාත ක්‍රමය යොදාගනී.
  • මෙහිදී සාමාන්‍යයෙන් දර්ශකය අචලව තබා උස පහත් කල හැකි මේසය මත තබා ඇති ද්‍රව බීකරය ඉහලට ඔසවනු ලැබේ.
  • ඉන්පසු අල්පෙනිති තුඩවල් වල සිට අභ්‍යන්තර ද්‍රව මට්ටමට ඇති උසවල් රේඛීය පරිමානයක් හෝ චල අන්වීක්ෂයක් මගින් මැන ගනු ලැබේ.
  • ද්‍රව කඳන් වල උස අවම වශයෙන් 10 cm පමණ විය යුතුය. නැතහොත් උස මැනීමේ භාගික දෝෂ ප්‍රභල විය හැකිය.(මීටර් රූල යොදා ගන්නා විට)
  • ( 0.4 cm – 1 cm ) පරාසයේ විශ්කම්බ ඇති නලයක් භාවිත කරයි. (කේෂික බටයක් භාවිත නොකරන නිසා පෘෂ්ඨික ආතති බලපෑම නොසලකා හැරිය හැක.)
  • එනමුත් යම් බලපෑමක් පවතින අතර හෙයාර් උපකරනයේ නලය පටු බැවින් පෘෂ්ඨික ආතති බලපෑම නිසා කේෂික ආරෝහනයක්ද ඇතිවේ. මෙයද අවම කිරීමට h1 හා h2 ට පාඨාංක දෙක බැගින් ගෙන එකකින් අනෙක අඩු කෙරේ.
  • භාජන 2 හි ද්‍රව මට්ටම් සමාන විය යුතු නැත.
  • මෙහිදී දෙවන ද්‍රවය ලෙස ජලය භාවිතා කල හොත් පලමු ද්‍රවයේ සාපේක්ෂ ඝනත්වය සෙවිය හැක.එවිට ρ2 = ρw නිසා,
  • දර්ශක කූර භාවිත කරන විට දර්ශක කූරේ උස සොයා කූරේ ඉහල කෙලවරේ සිට නලයේ ද්‍රව මට්ටමට උස මැනිය යුතුය.

සටහන

දර්ශක සහිත හෙයාර් උපකරනයක් භාවිත කර පරික්ෂණය කරන්නේ නම් පහත දැක්වෙන පරිදි පාඨාංක ලබා ගැනීමේ ක්‍රමයද සිද්ධාන්තයද වෙනස් කර ගත යුතුය. දර්ශක වල ඉහල කෙලවරේ සිට ද්‍රව කඳන් වල උසවල් h1 සහ h2 මැන ගන්න. ඒ ඒ දර්ශක වල උසවල් x1 සහ x2 ද මැන ගන්න.ද්‍රව වල ඝනත්ව පිලිවෙලින් ρ1 සහ ρ2 වායුගෝලීය පීඩනය P0 ද නලය තුල ඇති ද්‍රවයේ පීඩනය P ද නම්,

ඔබේ අදහස් හා ප්‍රශ්න ඇතුළත් කරන්න.