كيفية البحث عن حفظ الكتلة: الحل ، والإثبات ، والاستخدامات ، والتأثير والتأثير على الكيانات


تتناول هذه المقالة الخطوات والتفسيرات التفصيلية حول كيفية إيجاد حفظ الكتلة.

يستخدم حفظ قانون الكتلة في الفيزياء بشكل رئيسي في مجالات ميكانيكا المواد الصلبة وإحصاءات الموائع وديناميكيات الموائع. يتم وصف الخطوات التفصيلية حول كيفية العثور على الحفاظ على الكتلة في كل سياق أدناه:

الميكانيكا الصلبة:

يحتفظ الجسم الصلب بشكله وحجمه وحجمه حتى بعد الحركة. منذ كتلة يُعطى الكائن بمنتج كثافته والحجم ، قبل وبعد أي حركة ، تظل كتلة الجسم الصلب كما هي.

احصائيات السوائل:

ضع في اعتبارك سائلًا (سواء كان سائلًا أو غازًا) ، وقم بتغيير حالته من "أ" (الحالة الأولية) إلى "ب" (الحالة النهائية). الآن من أجل العثور على حفظ الكتلة، الخطوات الواجب اتباعها هي:

الخطوة 1: تحديد الكتلة في الحالة الأولية "أ" باستخدام العلاقة ،

[اللاتكس] الكتلة = الكثافة \ مرات الحجم [/ اللاتكس] الكتلة = الكثافة * الحجم

الخطوة 2: بالمثل ، حدد كتلة المائع في الحالة "ب" باستخدام نفس العلاقة.

الخطوة 3: سنجد أن الكتلة لا تزال كما هي.

ديناميات الموائع:

ضع في اعتبارك سائلًا في حالة حركة واتركه يتدفق عبر النقطتين "أ" و "ب". علينا تحديد الكتلة عند كل نقطة. بما أن الكتلة محفوظة ، فإن الكتلة عند النقطة "أ" يجب أن تكون مماثلة للكتلة عند النقطة "ب". لنفترض أن السائل يمر عبر منطقة A بسرعة 'v' ، ثم يتم إعطاء الحجم بواسطة [latex] \ inline \ inline V = A \ times v \ times t [/ latex] V = A * v * t. دع كثافة السائل تكون [لاتكس] \ مضمنة \ مضمنة \ rho [/ لاتكس] p

الخطوة 1: عند النقطة "أ" ، ستكون الكتلة بحجم كثافة "أ" مرة

[اللاتكس] \ مضمنة \ مضمنة M_ {a} = \ left (A \ times v \ times t \ right) _ {a} \ times \ rho [/ latex]

Ma= (A * v * t)a*p

الخطوة 2: عند النقطة "ب" ، ستكون الكتلة

[اللاتكس] \ مضمنة \ مضمنة M_ {b} = \ left (A \ times v \ times t \ right) _ {b} \ times \ rho [/ latex]

Mb= (A * v * t)b*p

الخطوة 3: وفقًا للحفاظ على الكتلة ، سيكون كلاهما متماثلًا.

ومن ثم سيكون حاصل ضرب المنطقة والسرعة والكثافة ثابتًا.

حفظ الكتلة في ميكانيكا الموائع
اعتمادات الصورة: ويكيميديا ​​كومنز

مثال على المشكلة: كيف تجد حفظ الكتلة

سائل يتحرك عبر أنبوب تبلغ سرعته 10 م / ث عندما يمر بالنقطة أ. مساحة المقطع العرضي عند هذه النقطة 0.3 م2. كثافة السائل 1.5 جرام / م3. الآن ، عندما يتحرك السائل عبر نفس الأنبوب عند النقطة B التي تبلغ مساحة المقطع العرضي لها 0.6 متر2، السرعة 5 م / ث. حدد ما إذا كانت كتلة السائل محفوظة أم لا بافتراض أن السائل يمر عبر المنطقتين في نفس الفترة الزمنية.

حل:

عند النقطة أ:

معطى ، السرعة v1 = 10 م / ث

المنطقة أ1= 0.3 م2

الكثافة [اللاتكس] \ مضمنة \ مضمنة \ rho [/ لاتكس] = 1.5 جرام / م3

ع = 1.5 غرام / م3

الكتلة عند النقطة أ مA = [اللاتكس] \ مضمنة \ مضمنة v_ {1} \ مرات A_ {1} \ مرات \ rho = 10 \ مرات 0.3 \ مرات 1.5 [/ لاتكس]

v1*A1* ص = 10 * 0.3 * 1.5

mA = 4.5 جرام / ثانية

عند النقطة ب:

نظرا للسرعة v2 = 5 م / ث

المنطقة أ2 = 0.6 م2

الكثافة [اللاتكس] \ مضمنة \ مضمنة \ rho [/ لاتكس] = 1.5 جرام / م3 ع = 1.5 غرام / م3

الكتلة عند النقطة ب مB = [اللاتكس] \ مضمنة \ مضمنة v_ {2} \ مرات A_ {2} \ مرات \ rho = 5 \ مرات 0.6 \ مرات 1.5 [/ لاتكس]

v2*A2* ص = 5 * 0.6 * 1.5

mB = 4.5 جرام / ثانية

لذلك فإن الكتلة عند النقطة A تساوي الكتلة عند النقطة B. وهكذا يتم الحفاظ على الكتلة.

صيغة الحفاظ على الكتلة

بالنسبة للتفاعلات الكيميائية ، يمكن تحديد حفظ الصيغة الكتلية ككتلة المتفاعلات وكتلة المنتجات هي نفسها. لكن في الفيزياء ، يلعب الحفاظ على الكتلة دورًا كبيرًا في ميكانيكا الموائع.

يتم التعبير عن صيغة قانون حفظ الكتلة في شكل تفاضلي في ميكانيكا الموائع. تُعرف الصيغة غالبًا باسم معادلة الاستمرارية.

[لاتكس] \ مضمنة \ مضمنة \ فارك {\ جزئية \ rho} {\ جزئية t} + \ bigtriangledown \ rho v = 0 [/ لاتكس]

حيث [اللاتكس] \ inline \ inline \ rho [/ latex] p هي الكثافة

ر حان الوقت

v هي السرعة

[اللاتكس] \ inline \ inline \ bigtriangledown [/ latex] هو الاختلاف

حفظ الاستخدامات الجماعية

يتكون العلم بشكل أساسي من التجارب والملاحظات. تلعب قوانين الحفظ دورًا رئيسيًا في التنبؤ بنتائج التجارب والنتائج في عدة مجالات.

بعض استخدامات الحفاظ على الكتلة هي:

  • يعتبر قانون الحفظ الشامل مفيدًا لعدد من العمليات الحسابية وللتفاعلات الكيميائية ، ويستخدم هذا القانون لحل الكتل غير المعروفة مثل كمية الغاز المنبعثة أو المستهلكة أثناء التفاعل.
  • في ميكانيكا الموائع ، يساعد حفظ الكتلة في تحديد معدل تدفق كتلة السوائل.
  • نظرًا لأن قوانين الحفظ تشكل العمود الفقري للفيزياء ، يجب أن تتبع جميع العمليات الملاحظة قانون الحفظ ، وبالتالي فهي مفيدة للتنبؤات.

كيف تجد حفظ الكتلة: أسئلة متكررة

كيف تثبت قانون حفظ الكتلة؟

لأي تغيير فيزيائي أو كيميائي عادي ، يظل قانون حفظ الكتلة ساري المفعول ويمكن إثباته.

في أي سياق ، احسب الكتلة قبل وبعد الانتقال أو رد الفعل. نظرًا لأنه لا يمكن إنشاء أو تدمير أي من هذه المادة ، فسيتم الحفاظ عليها. بالنسبة للسوائل ، يتم تحديد الكتلة من الكثافة والحجم. تظل الكتلة محفوظة للسوائل المتحركة ، أي الكتلة قبل وبعد التفاعل أو الحركة تظل كما هي.

كيف نطبق قانون حفظ الكتلة؟

يعد قانون الحفاظ على الكتلة شرطًا مسبقًا في التفاعلات العادية أو التحولات الفيزيائية. يحدث استثناء في سياق التفاعلات النووية.

كيف تجد حفظ الكتلة
احتراق الميثان - الحفظ الشامل
اعتمادات الصورة: ويكيميديا ​​كومنز

عندما يحدث تفاعل كيميائي ، يتم تمثيل التغيير بمعادلات كيميائية متوازنة. هذا التوازن هو أحد تطبيقات الحفظ الشامل الذي يعتني بكمية المادة قبل التفاعل وبعده. وبالمثل ، أثناء أي تحول فيزيائي ، أي تغيير طور من سائل إلى غاز أو أي شيء آخر ، يتم تطبيق الحفظ الشامل. يمكن توقع كمية الغاز المنبعث. وبالمثل ، يمكن أيضًا تقدير معدل تدفق كتلة السوائل من قانون الحفظ الشامل.

كيف تختبر قانون حفظ الكتلة؟

وفقًا لمبدأ الحفاظ على الكتلة ، "في نظام منعزل ، لا يمكن إنشاء المادة أو تدميرها ، ولكن يتم تغييرها فقط من شكل إلى آخر."

بالنظر إلى التحول المادي للسائل إلى غاز ، فإن كتلة السائل قبل تغيير الطور ستكون هي نفسها الغاز المنتج بعد تغيير الطور. وبالتالي لا يتم إنتاج أي مادة جديدة بل يتم تحويلها بدلاً من ذلك من شكل إلى آخر. لذلك فإن قياس كمية السائل والغاز يؤكد الحفاظ على الكتلة. 

لماذا قانون حفظ العمل الجماعي؟

ينطبق قانون الحفاظ على الكتلة على جميع ردود الفعل العادية تقريبًا. تحدث الاستثناءات فقط في المجالات النسبية والتفاعلات النووية.

في حياتنا اليومية ، يعمل الحفاظ على الكتلة لأن العناصر التي تحدث بشكل طبيعي تكون مستقرة جدًا للظروف على سطح الأرض. تنشأ معظم العناصر الجديدة فقط من النجوم أو المستعرات الأعظمية. لذلك ، في العالم اليومي ، لا يوجد خلق مادة جديدة ولكن فقط التحولات من واحد إلى آخر. يتبع نظامنا البيئي بالكامل مبدأ الحفظ الشامل.

ماذا الحفاظ على الكتلة يؤثر؟

يعد الحفاظ على مبدأ الكتلة عاملاً رئيسيًا يشرح كيفية توازن نظامنا البيئي وعمل حياتنا.

يتحقق الحفظ الشامل من صحة التوازن الشامل في النظم البيئية حيث نعيش لأنه لم يتم تكوين مادة جديدة ولا يتم تدمير أي منهما. بالإضافة إلى أن جميع العناصر الموجودة على الأرض تدور عبر نظام الأرض لتأكيد مبدأ الحفظ. في حالة عدم وجود مبدأ الحفظ الشامل ، يحدث خلل هائل في كمية المادة في أنظمتنا البيئية مما قد يؤثر سلبًا على عمل الكون.

ماذا الحفاظ على تأثير الكتلة؟

يظهر تأثير الحفاظ على الكتلة في حياتنا اليومية. لا يتم إنشاء كمية جديدة من المادة بشكل مفاجئ ، وبدلاً من ذلك يتم تحويل شكل واحد من المادة إلى شكل آخر وبالتالي الحفاظ على توازن كمية المادة في النظام البيئي. على الرغم من حدوث استثناءات للحفاظ على الكتلة في ردود الفعل النووية، مبدأ تكافؤ الكتلة والطاقة الأوسع نطاقاً يتحقق من صحة الخلل في عدم توازن الكتلة.

ديكشا دينيش

مرحبًا ، أنا Deeksha Dinesh ، أتابع حاليًا التخرج في الفيزياء مع تخصص في مجال الفيزياء الفلكية. أحب تقديم المفاهيم بطريقة أبسط للقراء.

آخر المقالات