Сұйық пен газдардың қозғалысы
Сабақ туралы жалпы мәлімет
Пән
Гидравлика негіздері және аэродинамика
Сабақ тақырыбы
№21. Аэродинамика және гидродинамика арасындағы байланыс
Сабақ түрі
Аралас сабақ (білім, біліктілік және дағдыны қалыптастыру)
Әдістер
Баяндау, мәліметтер беру, таратпа тапсырмалар
Пәнаралық байланыс
Физика: газдың және будың ұлғайғандағы жұмысы
Көрнекіліктер
Карточка-тапсырмалар, интерактивті тақта, оқулықтар
Қолданылған әдебиеттер
- Ш. Сүгіров — «Гидродинамика». Алматы, 1988.
- Ә. Қадырбаев — «Гидравлика және гидрометрия негіздері». Астана, 2011.
Сабақ мақсаттары
Білімділік
Жаңа тақырыпты меңгерту, пәнге қызығушылықты арттыру. Аэродинамика мен гидродинамика арасындағы байланыс туралы кең мәлімет беру, бағалау және қорытынды жасау.
Дамытушылық
Ой-өрісті дамыту, тыңдаған материалды есте сақтау және өткен білімді қайта жаңғырту қабілеттерін жетілдіру.
Тәрбиелік
Кәсіптік бағдар беру, таңдаған мамандыққа құрмет пен қызығушылықты арттыру, дұрыс шешім қабылдауға баулу.
Негізгі идея: Газ бен сұйық ағынын сипаттайтын заңдар (әсіресе сақталу заңдары, Бернулли қағидасы, ұқсастық өлшемдері) көптеген инженерлік есептерде бір логикамен қолданылады.
Сабақ құрылымы (уақыт бөлінісі)
Ұйымдастыру
- Оқушылармен сәлемдесу
- Оқушыларды түгендеу
- Сабаққа дайындықты тексеру
Үй тапсырмасын тексеру
- Жалпылама сұрау
- Карточка-тапсырмалар
Жаңа тақырып
- Аэродинамика туралы түсінік
- Гидродинамика туралы түсінік
- Екі саланың байланысы
Үй тапсырмасын тексеру: карточка сұрақтары
Карточка 1
- 1) Газдар неше түрге бөлінеді?
- Газдар табиғи және жасанды болып екіге бөлінеді.
- 2) Табиғи газдар құрамына қарай неше түрге бөлінеді?
-
- Метан басым құрғақ газ
- Мұнаймен бірге шығатын ауыр көмірсутекті майлы газ
- Сұйытылған газ бен бу конденсаты қоспасынан тұратын құрамдар
Карточка 2
- 1) Құбырлар бойымен газдардың қозғалысы қандай мақсатта қолданылады?
- Құбырлар арқылы ауа, бу, табиғи және жасанды газдар өндірістік және тұрмыстық мақсаттарда тасымалданады.
- 2) Аз қысымда қозғалатын газдарға арналған Бернулли теңдеуі (жалпы түрі)
- ρg(z₁ − z₂) + (p₁ − p₂) + ρ(υ₁² − υ₂²) / 2
- Ескерту: белгілеулер оқу курсы қабылдаған жазылымға сәйкес беріледі (ρ — тығыздық, p — қысым, z — деңгей, υ — жылдамдық).
Карточка 3
- 1) Газдың орташа тығыздығының формуласы
- p̄ = (p₁ + p₂) / 2
- 2) Метанның жану реакциясы
- CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
Жалпылама сұрақтар
- 1.Газ және сұйық дегеніміз не?
- 2.Газдың қысымы дегеніміз не?
- 3.Температура өзгермесе, берілген масса үшін p·V көбейтіндісі қалай өзгереді?
- 4.Сұйықтар мен газдардың қозғалысы қалай сипатталады?
- 5.Газдар неше түрге бөлінеді?
- 6.Идеал газ күй теңдеуі қандай?
Жаңа тақырып: негізгі ұғымдар
Аэродинамика туралы түсінік
Аэродинамика (грек. aēr — ауа, dynamis — күш) — газ тәрізді ортаның (соның ішінде ауаның) қозғалыс заңдарын және сол ортада қозғалған денелердің бетіне әсер ететін күштерді зерттейтін ғылым саласы. Ол XX ғасырдың басында авиацияның қарқынды дамуына байланысты жеке бағыт ретінде қалыптасты.
Негізгі міндеттері
- Көтеруші күшті арттыру жолдарын табу
- Аэродинамикалық кедергіні азайту
- Ұшу аппараттарының аэродинамикалық сипаттамаларын бағалау
Тәжірибелік зерттеу
Аэродинамикалық құбырда модельдерді сынау арқылы ұқсастық теориясына сүйеніп, ұшу аппараттарына әсер ететін күштер анықталады.
Көрнекілік ретінде бейнематериал: ұшу аппараттарының аэродинамикалық қасиеттерін зерттеу.
Мысал: ең алғашқы аэродинамикалық автомобиль
XX ғасырдың басында жасалған ерекше прототип пішіні жағынан сүңгуір кемеге де, су тамшысына да ұқсайтын. Ол шамамен 139 км/сағ жылдамдыққа жете алған.
- Автор: граф Марк Рикотти (дереккөздерде әртүрлі жазылуы мүмкін)
- Құрастырушы: Alfa Romeo, үлгі атауы ретінде жиі ALFA 40/60 HP Aerodinamica (1914) аталады
- Өндіріске шықпау себебі: экономикалық тұрғыдан тиімсіз деп бағаланған
Гидродинамика туралы түсінік
Гидродинамика — сығылмайтын сұйықтың қозғалысын және сұйықтың өзімен шектес орналасқан қатты денемен әсерлесуін зерттейтін гидроаэромеханиканың бөлімі. Бұл сала сұйықтық пен газ механикасының ертеден қалыптасқан әрі жақсы дамыған бағыттарының бірі.
Негізгі идеялары
- Сұйықтың басты қасиеті — аққыштық және тұтастық
- Газдан негізгі айырмашылығы — көптеген есептерде сығылмайтындық ретінде қарастырылуы
- Сипаттайтын шамалар: қысым және жылдамдық өрісі
Теория және тәжірибе
Теориялық гидродинамикада ағыс өрістері, үзіліссіздік теңдеуі және Навье–Стокс теңдеуі сияқты модельдер қолданылады. Тұтқыр ағыстарда өлшемсіз Рейнольдс саны режимді (ламинарлық/турбуленттік) бағалауға көмектеседі.
Көрнекілік ретінде бейнематериал: құбырдағы судың қысыммен қозғалу принципі.
Нақты қолданулар
- Сорғылар мен гидротурбиналарды есептеу
- Құбыр жүйелері, су құбыры және канализация ағындарын талдау
- Модельдеу және ұқсастық теориясы арқылы тәжірибелер жүргізу
Гидродинамикалық қысым — қозғалыстағы сұйықтың ішіндегі қысым. Ағысты сипаттайтын негізгі элементтер: қысым және әр нүктедегі жылдамдық.
Аэродинамика мен гидродинамика арасындағы байланыс
Ортақ негіз: ағын механикасы
Екі сала да ағынның қозғалысын сипаттайтын заңдарға сүйенеді: массаның сақталуы, импульстің сақталуы және энергия теңгерімі. Айырмашылық көбіне орта қасиеттеріне (газдың сығылғыштығы, сұйықтың сығылмайтын деп жуықталуы) және есептің қолданылу аймағына байланысты.
Аэродинамика не зерттейді?
Қозғалыстағы газдың денеге әсерінен пайда болатын күштер мен жағдайларды, соның ішінде көтеруші күш пен кедергіні талдайды. Авиация, зымыран-ғарыш техникасы, артиллерия және көлік аэродинамикасында кең қолданылады.
Гидродинамика не зерттейді?
Сұйық ағысының заңдылықтарын және ағыстың инженерлік жүйелердегі жұмысын (құбыр, арна, сорғы, турбина) түсіндіреді.
Түйін
Аэродинамика — газ ағынын, гидродинамика — сұйық ағынын қарастырғанымен, есептеу логикасы мен көптеген модельдер ортақ: ағынның жылдамдығы, қысымы, энергиясы және олардың кеңістікте таралуы басты рөл атқарады.
Бекіту сұрақтары
- 1.Аэродинамика дегеніміз не?
- 2.Аэродинамикалық күштердің негізгі мақсаты қандай?
- 3.Гидродинамика дегеніміз не?
- 4.Аэродинамика мен гидродинамика арасындағы байланыс қандай?
- 5.Гидродинамикалық қысым дегеніміз не?
Қорытынды және үй тапсырмасы
Қорытынды
Бұл сабақта аэродинамика мен гидродинамиканың негізгі ұғымдары қарастырылып, олардың ортақ заңдылықтары мен қолданылу салалары салыстырылды. Оқушылар тақырып бойынша негізгі терминдерді бекітіп, ағын механикасының инженерлік есептердегі маңызын түсінді.
Үй тапсырмасы
- Ш. Сүгіров, «Гидродинамика» — 35–39-беттер.
- Конспектіні оқып, негізгі анықтамаларды қайталау.