ما هو الارتفاع السرعي؟
الارتفاع السرعي هو الجزء من الطاقة الكلية للمائع الناتج عن حركته، ويُعبَّر عنه على هيئة ارتفاع مكافئ لعمود من المائع. وهو أحد الحدود الثلاثة في معادلة برنولي، إلى جانب ارتفاع الضغط وارتفاع الوضع (الارتفاع الجيوديسي). يوضح الارتفاع السرعي للمهندسين مقدار طاقة الجريان التي تكون حركية، وهو أمر بالغ الأهمية عند تحديد أقطار الأنابيب وتحليل أنظمة المضخات وتقدير فواقد الضغط الرئيسية والثانوية.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل سرعة جريان المائع بوحدة المتر في الثانية، وقيمة تسارع الجاذبية الأرضية (القيمة الافتراضية 9.81 م/ث² على سطح الأرض). تعطيك الحاسبة فوراً قيمة الارتفاع السرعي بالأمتار من عمود المائع. وبما أن الارتفاع السرعي يعتمد على السرعة والجاذبية فقط، فإن النتيجة لا تتأثر بكثافة المائع.
شرح المعادلة
معادلة الارتفاع السرعي هي:
$$h_v = \frac{\text{Velocity}^{2}}{2 \cdot \text{Gravity}}$$
حيث يمثّل \(v\) متوسط سرعة الجريان، و\(g\) تسارع الجاذبية الأرضية. ولأن السرعة مرفوعة للتربيع، فإن الارتفاع يزداد بسرعة كبيرة كلما زادت سرعة الجريان: فمضاعفة السرعة تؤدي إلى زيادة الارتفاع السرعي أربعة أضعاف. أما المقام \(2g\) فيحوّل الطاقة الحركية لكل وحدة وزن إلى وحدة طول.
مثال محلول
لنفترض أن الماء يجري داخل أنبوب بسرعة 3 م/ث على سطح الأرض (\(g = 9.81\) م/ث²). عندئذٍ يكون $$h_v = \frac{3^{2}}{2 \times 9.81} = \frac{9}{19.62} = 0.4587 \text{ متر}$$ أي أن الماء المتدفق يحمل طاقة حركية تعادل عمود مائع بارتفاع 0.46 متر.
الأسئلة الشائعة
هل يؤثر نوع المائع في الارتفاع السرعي؟ لا. يعتمد الارتفاع السرعي على السرعة والجاذبية فقط، لذا فإن الماء والزيت والهواء عند السرعة نفسها يكون لها الارتفاع السرعي نفسه مقيساً بالأمتار من عمود كلٍ منها.
ما الوحدة التي تظهر بها النتيجة؟ أمتار من عمود المائع عندما تكون السرعة بوحدة م/ث وقيمة \(g\) بوحدة م/ث². أما في النظام الأمريكي (الوحدات الإمبراطورية)، فاستخدم القدم في الثانية (ft/s) والقيمة 32.174 ft/s² للحصول على النتيجة بالأقدام.
لماذا يُعدّ الارتفاع السرعي مهماً؟ يُستخدم في معادلة برنولي وفي حساب الفواقد الثانوية (الوصلات والصمامات)، حيث يُحسب الفقد غالباً كمعامل مضروب في الارتفاع السرعي.
