बर्नौली का सिद्धांत

बर्नौली का सिद्धांत कहता है कि जैसे-जैसे किसी द्रव (तरल या गैस) की गति बढ़ती है, वैसे-वैसे उस द्रव द्वारा लगाया गया दबाव घटता है। यह सिद्धांत द्रव गतिकी में होने वाले कई घटनाओं को समझने के लिए मौलिक है, जैसे कि वायुयान के पंख पर लिफ्ट और वेंचुरी नलिका का संचालन।

सरल शब्दों में, बर्नौली का सिद्धांत यह बताता है कि कोई वायुयान उड़ता क्यों है। पंख की आकृति इस प्रकार होती है कि पंख के ऊपर की ओर हवा नीचे की तुलना में तेज़ बहती है, जिससे दबाव में अंतर पैदा होता है और लिफ्ट उत्पन्न होती है। यह लिफ्ट बल वायुयान को गुरुत्वाकर्षण को पार करके हवा में बनाए रखने में मदद करती है।

यही सिद्धांत कई अन्य उपकरणों पर भी लागू होता है, जैसे कि नाव के पाल, जहाज़ के प्रोपेलर और यहाँ तक कि मानव हृदय भी। बर्नौली का सिद्धांत द्रव गतिकी का एक आधारभूत सिद्धांत है और इसका अभियांत्रिकी, मौसम विज्ञान और अन्य क्षेत्रों में अनेक अनुप्रयोग हैं।

बर्नौली का सिद्धांत क्या है?

बर्नौली का सिद्धांत द्रव गतिकी का एक मौलिक सिद्धांत है जो द्रव की वेग, दबाव और ऊँचाई के बीच संबंध को वर्णित करता है। यह कहता है कि जैसे-जैसे किसी द्रव का वेग बढ़ता है, वैसे-वैसे उस द्रव द्वारा लगाया गया दबाव घटता है। यह सिद्धांत द्रव यांत्रिकी में होने वाली कई घटनाओं को समझने के लिए आवश्यक है, जैसे कि वायुयान के पंख पर लिफ्ट, वेंचुरी नलिका का संचालन और बवंडर का निर्माण।

गणितीय सूत्रण

बर्नौली का सिद्धांत गणितीय रूप से बर्नौली समीकरण का उपयोग करके व्यक्त किया जा सकता है, जो ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत से व्युत्पन्न किया गया है। बर्नौली समीकरण कहता है कि पाइप या डक्ट से बहने वाले द्रव की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है। यह कुल ऊर्जा द्रव की दाब ऊर्जा, गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा के योग के बराबर होती है।

बर्नौली समीकरण इस प्रकार दिया गया है:

$$P + \frac{1}{2}ρv^2 + ρgy = constant$$

जहाँ:

• $P$ द्रव का दाब है
• $ρ$ द्रव का घनत्व है
• $v$ द्रव का वेग है
• $g$ गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है
• $y$ द्रव की ऊँचाई है

स्पष्टीकरण

बर्नौली समीकरण दर्शाता है कि जैसे-जैसे द्रव का वेग बढ़ता है, द्रव द्वारा लगाया गया दाब घटता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि द्रव की गतिज ऊर्जा वेग बढ़ने पर बढ़ती है, और इस गतिज ऊर्जा में वृद्धि को दाब ऊर्जा में कमी से संतुलित किया जाना चाहिए।

उदाहरण

बर्नौली के सिद्धांत के क्रियान्वयन के कई उदाहरण हैं। सबसे सामान्य उदाहरणों में से कुछ इस प्रकार हैं:

• विमान के पंख पर उत्थान। विमान के पंख इस प्रकार डिज़ाइन किए जाते हैं कि वे पंख के ऊपर कम दबाव का क्षेत्र और पंख के नीचे उच्च दबाव का क्षेत्र बनाते हैं। इस दबाव के अंतर से पंख पर एक शुद्ध ऊपर की ओर बल उत्पन्न होता है, जो विमान को हवा में उठाता है।
• वेंचुरी नलिका का संचालन। वेंचुरी नलिका एक ऐसा उपकरण है जिसका उपयोग किसी द्रव के प्रवाह दर को मापने के लिए किया जाता है। वेंचुरी नलिका में एक पाइप का एक हिस्सा होता है जिसकी बीच में संकीर्णन किया जाता है। जैसे ही द्रव इस संकीर्णन से होकर बहता है, द्रव का वेग बढ़ जाता है और दबाव घट जाता है। वेंचुरी नलिका के ऊपर के और नीचे के हिस्सों के बीच दबाव के अंतर का उपयोग द्रव के प्रवाह दर की गणना करने के लिए किया जा सकता है।
• टॉर्नेडो का निर्माण। टॉर्नेडो तब बनते हैं जब जमीन से गर्म, नमी वाली हवा तेजी से ऊपर उठती है। जैसे ही हवा ऊपर उठती है, वह ठंडी होकर संघनित होती है और गुप्त ऊष्मा मुक्त करती है। यह ऊष्मा हवा को फैलने और कम घनीय बनने का कारण बनती है। कम घनीय हवा ऊपर उठती है, जिससे सतह पर कम दबाव का क्षेत्र बनता है। आसपास की हवा इस कम दबाव वाले क्षेत्र में खिंचती है, जिससे एक टॉर्नेडो बनता है।

अनुप्रयोग

बर्नौली के सिद्धांत का अभियांत्रिकी और विज्ञान में कई अनुप्रयोग हैं। कुछ सबसे सामान्य अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

• वायुगतिकी। बर्नौली का सिद्धांत विमान के पंख, प्रोपेलर और अन्य वायुगतिकी उपकरणों को डिज़ाइन करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
• जलगतिकी। बर्नौली का सिद्धांत जहाज़ों, पनडुब्बियों और अन्य जलयानों को डिज़ाइन करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
• मौसम विज्ञान। बर्नौली का सिद्धांत टॉरनेडो, तूफ़ान और अन्य मौसमी घटनाओं के निर्माण का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
• औद्योगिक अभियांत्रिकी। बर्नौली का सिद्धांत पंप, कंप्रेसर और अन्य द्रव-संचालन उपकरणों को डिज़ाइन करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

बर्नौली का सिद्धांत द्रवों के व्यवहार को समझने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है। इसका उपयोग विमान के पंखों के डिज़ाइन से लेकर मौसमी घटनाओं के अध्ययन तक विस्तृत अनुप्रयोगों में किया जाता है।

बर्नौली का सिद्धांत सूत्र

बर्नौली का सिद्धांत कहता है कि जैसे-जैसे किसी द्रव की गति बढ़ती है, द्रव द्वारा लगाया गया दाब घटता है। यह सिद्धांत द्रव गतिकी में कई घटनाओं—जैसे कि विमान के पंख पर उत्थान, वेंचुरी नली का संचालन और टॉरनेडो का निर्माण—को समझने के लिए मूलभूत है।

बर्नौली समीकरण बर्नौली के सिद्धांत का गणितीय रूप है। यह कहता है कि पाइप से बहते हुए द्रव की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है। यह ऊर्जा तीन घटकों से बनी होती है:

• गतिज ऊर्जा: द्रव की गति की ऊर्जा।
• स्थितिज ऊर्जा: द्रव की स्थिति के कारण उसकी ऊर्जा।
• दाब ऊर्जा: द्रव के दाब के कारण उसकी ऊर्जा।

बर्नौली समीकरण इस प्रकार लिखा जा सकता है:

$$P + \frac{1}{2}ρv^2 + ρgy = constant$$

जहाँ:

• $P$ द्रव का दाब है
• $ρ$ द्रव का घनत्व है
• $v$ द्रव का वेग है
• $g$ गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है
• $y$ द्रव की ऊँचाई है

बर्नौली समीकरण का उपयोग द्रव प्रवाह से जुड़ी विभिन्न समस्याओं को हल करने के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग निम्नलिखित के लिए किया जा सकता है:

• एक वायुयान के पंख पर उत्पन्न उत्थान की गणना करने के लिए।
• वेंचुरी नलिका में दाब गिरावट निर्धारित करने के लिए।
• टॉर्नेडो के निर्माण की भविष्यवाणी करने के लिए।

बर्नौली के सिद्धांत के उदाहरण

रोज़मर्रा की ज़िंदगी में बर्नौली के सिद्धांत के कई उदाहरण मौजूद हैं। कुछ सबसे सामान्य निम्नलिखित हैं:

• एक हवाई जहाज़ की उड़ान। हवाई जहाज़ के पंख इस तरह डिज़ाइन किए गए हैं कि वे पंख के ऊपर कम दबाव का क्षेत्र और पंख के नीचे अधिक दबाव का क्षेत्र बनाते हैं। यह दबाव अंतर एक बल उत्पन्न करता है जो हवाई जहाज़ को ऊपर उठाता है।
• वेंचुरी नलिका का संचालन। वेंचुरी नलिका एक ऐसा उपकरण है जिसे किसी द्रव के प्रवाह दर को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है। वेंचुरी नलिका में एक पाइप का खंड होता है जिसे बीच में संकीर्ण किया जाता है। जैसे ही द्रव संकीर्णन से होकर बहता है, इसकी वेग बढ़ जाती है और दबाव घट जाता है। वेंचुरी नलिका के ऊपर के और नीचे के खंडों के बीच दबाव अंतर का उपयोग द्रव की प्रवाह दर की गणना करने के लिए किया जा सकता है।
• टॉर्नेडो का निर्माण। टॉर्नेडो तब बनते हैं जब गर्म, नमी वाली हवा ज़मीन से तेज़ी से ऊपर उठती है। जैसे ही हवा ऊपर उठती है, यह ठंडी हो जाती है और संघनित हो जाती है, जिससे गुप्त ऊष्मा मुक्त होती है। यह ऊष्मा हवा को फैलने और कम घनत्व वाली बनाती है। कम घनत्व वाली हवा ऊपर उठती है, जिससे सतह पर कम दबाव का क्षेत्र बनता है। आसपास की हवा फिर इस कम दबाव वाले क्षेत्र में खींची जाती है, जिससे एक टॉर्नेडो बनता है।

बर्नौली का सिद्धांत द्रव गतिकी का एक मौलिक सिद्धांत है जिसके रोज़मर्रा की ज़िंदगी में कई अनुप्रयोग हैं। बर्नौली के सिद्धांत को समझकर, हम अपने आसपास की दुनिया को बेहतर तरीके से समझ सकते हैं।

बर्नौली के समीकरण की व्युत्पत्ति

बर्नौली का समीकरण द्रव गतिकी का एक मूलभूत समीकरण है जो बहते द्रव में दाब, वेग और ऊँचाई के बीच संबंध को वर्णित करता है। इसका नाम स्विस गणितज्ञ डैनियल बर्नौली के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने इसे 1738 में अपनी पुस्तक Hydrodynamica में पहली बार प्रकाशित किया था।

बर्नौली का समीकरण ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत से व्युत्पन्न किया जा सकता है, जो कहता है कि एक बंद प्रणाली की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है। बहते द्रव के मामले में, कुल ऊर्जा गतिज ऊर्जा, स्थितिज ऊर्जा और आंतरिक ऊर्जा का योग होती है।

गतिज ऊर्जा

द्रव की गतिज ऊर्जा गति की ऊर्जा होती है। यह समीकरण द्वारा दी जाती है:

$$KE = \frac{1}{2}mv^2$$

जहाँ:

• $KE$ गतिज ऊर्जा है जौल (J) में
• $m$ द्रव का द्रव्यमान है किलोग्राम (kg) में
• $v$ द्रव का वेग है मीटर प्रति सेकंड (m/s) में

स्थितिज ऊर्जा

द्रव की स्थितिज ऊर्जा उसकी स्थिति के कारण ऊर्जा होती है। यह समीकरण द्वारा दी जाती है:

$$PE = mgh$$

जहाँ:

• $PE$ स्थितिज ऊर्जा है जौल (J) में
• $m$ द्रव का द्रव्यमान है किलोग्राम (kg) में
• $g$ गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है मीटर प्रति सेकंड वर्ग (m/s²) में
• $h$ द्रव की ऊँचाई है मीटर (m) में

आंतरिक ऊर्जा

द्रव की आंतरिक ऊर्जा उसके अणुओं की गति के कारण ऊर्जा होती है। यह समीकरण द्वारा दी जाती है:

$$IE = mc_vT$$

जहाँ:

• $IE$ आंतरिक ऊर्जा को जौल (J) में दर्शाता है
• $m$ द्रव के द्रव्यमान को किलोग्राम (kg) में दर्शाता है
• $c_v$ स्थिर आयतन पर द्रव की विशिष्ट ऊष्मा को जौल प्रति किलोग्राम-केल्विन (J/kg-K) में दर्शाता है
• $T$ द्रव के तापमान को केल्विन (K) में दर्शाता है

बर्नौली का समीकरण

बर्नौली का समीकरण कहता है कि बहते हुए द्रव की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है। इसका अर्थ है कि गतिज ऊर्जा, स्थितिज ऊर्जा और आंतरिक ऊर्जा का योग प्रवाह के किन्हीं दो बिंदुओं पर समान होता है।

गणितीय रूप से, बर्नौली का समीकरण इस प्रकार लिखा जा सकता है:

$$P_1 + \frac{1}{2}\rho v_1^2 + \rho gh_1 = P_2 + \frac{1}{2}\rho v_2^2 + \rho gh_2$$

जहाँ:

• $P$ द्रव के दाब को पास्कल (Pa) में दर्शाता है
• $ρ$ द्रव के घनत्व को किलोग्राम प्रति घन मीटर (kg/m³) में दर्शाता है
• $v$ द्रव के वेग को मीटर प्रति सेकंड (m/s) में दर्शाता है
• $g$ गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण को मीटर प्रति सेकंड वर्ग (m/s²) में दर्शाता है
• $h$ द्रव की ऊँचाई को मीटर (m) में दर्शाता है

उपसर्ग 1 और 2 उन दो बिंदुओं को संदर्भित करते हैं जहाँ समीकरण को लागू किया जा रहा है।

निरंतरता का सिद्धांत

निरंतरता का सिद्धांत कहता है कि इसके विपरीत कोई प्रमाण न होने पर यह माना जाता है कि चीजें जैसी हैं वैसी ही चलती रहेंगी। यह सिद्धांत भौतिकी, गणित और अभियांत्रिकी में अतीत के प्रेक्षणों के आधार पर भविष्य की भविष्यवाणियाँ करने के लिए अक्सर प्रयोग किया जाता है।

निरंतरता के सिद्धांत के उदाहरण:

• भौतिकी में, निरंतरता के सिद्धांत का उपयोग यह समझाने के लिए किया जाता है कि गति में रहे वस्तुएँ गति में ही बनी रहती हैं और विश्राम में रहे वस्तुएँ विश्राम में ही बनी रहती हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि उनकी गति की अवस्था बदलने के लिए कोई बल कार्यरत नहीं होता।
• गणित में, निरंतरता के सिद्धांत का उपयोग फलनों के व्यवहार के बारे में प्रमेय सिद्ध करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, मध्यवर्ती मान प्रमेय कहता है कि यदि कोई फलन किसी अंतराल पर निरंतर है, तो वह अपने न्यूनतम और अधिकतम मानों के बीच का हर मान लेता है।
• अभियांत्रिकी में, निरंतरता के सिद्धांत का उपयोग विश्वसनीय और दक्ष तंत्रों को डिज़ाइन करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, अभियंता निरंतरता के सिद्धांत का उपयोग ऐसे पुल बनाने के लिए करते हैं जो यातायात के भार को सहन कर सकें बिना ढहें।

निरंतरता का सिद्धांत एक शक्तिशाली उपकरण है जिसका उपयोग अतीत के प्रेक्षणों के आधार पर भविष्य की भविष्यवाणियाँ करने के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, यह ध्यान देना महत्वपूर्ण है कि निरंतरता का सिद्धांत हमेशा सही नहीं होता। कुछ ऐसे मामले हैं जहाँ चीज़ें जैसी हैं वैसी जारी नहीं रहतीं। उदाहरण के लिए, मौसम अचानक बदल सकता है, या शेयर बाज़ार गिर सकता है।

इन अपवादों के बावजूद, निरंतरता का सिद्धांत एक उपयोगी उपकरण है जो हमें अपने आस-पास की दुनिया को समझने और भविष्य की भविष्यवाणियाँ करने में मदद कर सकता है।

बर्नौली के सिद्धांत और समीकरण के अनुप्रयोग

बर्नौली का सिद्धांत कहता है कि जैसे-जैसे किसी द्रव की गति बढ़ती है, द्रव द्वारा लगाया गया दबाव घटता है। इस सिद्धांत का विभिन्न क्षेत्रों—विमानन, अभियांत्रिकी और मौसम विज्ञान सहित—व्यापक उपयोग होता है।

विमानन

बर्नौली का सिद्धांत उड़ान के मूलभूत सिद्धांतों में से एक है। वायुयान के पंख इस प्रकार डिज़ाइन किए जाते हैं कि पंख के ऊपर कम दबाव का क्षेत्र और नीचे अधिक दबाव का क्षेत्र बनता है। दबाव के इस अंतर से एक शुद्ध ऊपर की ओर बल उत्पन्न होता है, जिसे उत्थान (लिफ्ट) कहा जाता है और जो वायुयान को हवा में बनाए रखता है।

अभियांत्रिकी

बर्नौली के सिद्धांत का उपयोग अभियांत्रिकी की निम्नलिखित विभिन्न प्रयोगों में होता है:

• वेंचुरी नलिकाएँ: वेंचुरी नलिकाएँ ऐसे उपकरण होते हैं जिनका उपयोग किसी द्रव के प्रवाह दर को मापने के लिए किया जाता है। वेंचुरी नलिका में पाइप का एक ऐसा खंड होता है जिसकी बीच में संकीर्णता होती है। जब द्रव इस संकीर्णता से होकर बहता है, तो द्रव की गति बढ़ जाती है और दबाव घट जाता है। वेंचुरी नलिका के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम खंडों के बीच दबाव के अंतर का उपयोग द्रव की प्रवाह दर की गणना करने के लिए किया जा सकता है।
• कार्बुरेटर: कार्बुरेटर ऐसे उपकरण होते हैं जिनका उपयोग आंतरिक दहन इंजनों में वायु और ईंधन को मिलाने के लिए किया जाता है। कार्बुरेटर बर्नौली के सिद्धांत का उपयोग करके कार्बुरेटर के गले में कम दबाव का क्षेत्र बनाता है। यह कम दबाव ईंधन टैंक से ईंधन को खींचता है और इसे वायु के साथ मिलाता है। वायु-ईंधन मिश्रण को फिर इंजन के सिलेंडरों में भेजा जाता है।
• पंप: पंप ऐसे उपकरण होते हैं जिनका उपयोग द्रवों को एक स्थान से दूसरे स्थान पर ले जाने के लिए किया जाता है। बर्नौली का सिद्धांत पंप के इनलेट पर कम दबाव का क्षेत्र बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। यह कम दबाव द्रव को पंप में खींचता है। फिर द्रव को पंप से उच्च दबाव पर निर्वहित किया जाता है।

मौसम विज्ञान

बर्नौली का सिद्धांत विभिन्न मौसम विज्ञान संबंधी घटनाओं की व्याख्या करने के लिए भी उपयोग किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

• टॉरनेडो: टॉरनेडो हिंसक तूफान होते हैं जिनकी विशेषता घूर्णन करती हुई वायु की एक स्तंभ होती है। टॉरनेडो में वायु का घूर्णन तूफान के केंद्र में एक निम्न दबाव क्षेत्र बनाता है। यह निम्न दबाव वायु को टॉरनेडो की ओर खींचता है, जिसे फिर गर्म किया जाता है और ऊपर उठता है। ऊपर उठती हुई वायु ठंडी होकर संघनित होती है, जिससे बादल बनते हैं जो टॉरनेडो से जुड़े होते हैं।
• हरिकेन: हरिकेन बड़े, घूर्णन करते तूफान होते हैं जो गर्म समुद्री जल के ऊपर बनते हैं। हरिकेन में वायु का घूर्णन तूफान के केंद्र में एक निम्न दबाव क्षेत्र बनाता है। यह निम्न दबाव वायु को हरिकेन की ओर खींचता है, जिसे फिर गर्म किया जाता है और ऊपर उठता है। ऊपर उठती हुई वायु ठंडी होकर संघनित होती है, जिससे बादल बनते हैं जो हरिकेन से जुड़े होते हैं।

बर्नौली का सिद्धांत द्रव गतिकी का एक मौलिक सिद्धांत है जिसके विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोग हैं। बर्नौली के सिद्धांत को समझकर, अभियंता और वैज्ञानिक ऐसे उपकरणों को डिज़ाइन और निर्माण कर सकते हैं जो द्रव प्रवाह की शक्ति का उपयोग करते हैं।

ऊर्जा संरक्षण और बर्नौली के समीकरण के बीच संबंध

ऊर्जा संरक्षण का सिद्धांत कहता है कि एक बंद प्रणाली की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है, चाहे प्रणाली के भीतर कोई भी परिवर्तन हों। बर्नौली का समीकरण द्रव प्रवाह के लिए ऊर्जा संरक्षण सिद्धांत की एक गणितीय अभिव्यक्ति है। यह कहता है कि एक पाइप से बहने वाले द्रव की कुल ऊर्जा एक स्ट्रीमलाइन के साथ स्थिर रहती है।

ऊर्जा संरक्षण और बर्नौली समीकरण के बीच संबंध को समझने के लिए निम्न उदाहरण पर विचार करें। एक द्रव क्षैतिज पाइप में बह रहा है जिसका अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल बदलता है। द्रव प्रारंभ में बिंदु 1 पर विराम अवस्था में है, और फिर यह पाइप से बहते हुए त्वरित होता है। बिंदु 2 पर द्रव अधिक वेग से चल रहा है और इसका दाब बिंदु 1 की तुलना में कम है।

ऊर्जा संरक्षण सिद्धांत हमें बताता है कि द्रव की कुल ऊर्जा बिंदु 1 और 2 पर समान होनी चाहिए। इसका अर्थ है कि द्रव की स्थितिज ऊर्जा और गतिज ऊर्जा का योग दोनों बिंदुओं पर समान होना चाहिए।

द्रव की स्थितिज ऊर्जा उसकी संदर्भ बिंदु से ऊँचाई द्वारा निर्धारित होती है। बिंदु 1 पर द्रव संदर्भ बिंदु से अधिक ऊँचाई पर है बजाय बिंदु 2 के। इसका अर्थ है कि द्रव की स्थितिज ऊर्जा बिंदु 1 पर बिंदु 2 की तुलना में अधिक है।

द्रव की गतिज ऊर्जा उसके वेग द्वारा निर्धारित होती है। बिंदु 2 पर द्रव बिंदु 1 की तुलना में अधिक वेग से चल रहा है। इसका अर्थ है कि द्रव की गतिज ऊर्जा बिंदु 2 पर बिंदु 1 की तुलना में अधिक है।

बिंदु 1 से बिंदु 2 तक बहते समय द्रव की स्थितिज ऊर्जा में जो कमी आती है, वह द्रव की गतिज ऊर्जा में वृद्धि के बराबर होती है। यह ऊर्जा संरक्षण सिद्धांत के अनुरूप है।

बर्नौली समीकरण का उपयोग किसी द्रव प्रवाह में स्ट्रीमलाइन के साथ किसी भी बिंदु पर दाब की गणना करने के लिए किया जा सकता है। समीकरण है:

$$P + \frac{1}{2}ρv^2 + ρgy = constant$$

जहाँ:

• $P$ द्रव का दबाव है
• $ρ$ द्रव का घनत्व है
• $v$ द्रव का वेग है
• $g$ गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है
• $y$ द्रव की ऊँचाई है

बर्नौली का समीकरण द्रव प्रवाह से जुड़ी विभिन्न समस्याओं को हल करने के लिए प्रयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग पाइप में दबाव गिरावट की गणना करने, वायुयान के पंख पर उत्थान की गणना करने और पाइप के माध्यम से द्रव की प्रवाह दर निकालने के लिए किया जा सकता है।

ऊर्जा संरक्षण का सिद्धांत और बर्नौली का समीकरण द्रव यांत्रिकी के दो मौलिक सिद्धांत हैं। इनका उपयोग द्रव प्रवाह की विस्तृत श्रेणी की समस्याओं को समझने और विश्लेषण करने के लिए किया जाता है।

स्थिर गहराई पर बर्नौली का समीकरण

बर्नौली के समीकरण का सामान्य रूप इस प्रकार दिया गया है:

$$ P + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho g h = \text{constant} $$

जहाँ:

• $ P $ = प्रति इकाई आयतन दबाव ऊर्जा (Pa)
• $ \rho $ = द्रव का घनत्व (kg/m³)
• $ v $ = द्रव का वेग (m/s)
• $ g $ = गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण $(\approx 9.81 m/s²)$
• $ h $ = संदर्भ स्तर से ऊपर की ऊँचाई (m)

स्थिर गहराई की स्थिति

जब स्थिर गहराई पर द्रव प्रवाह का विश्लेषण किया जाता है, तो ऊँचाई $ h $ अपरिवर्तित रहती है। इसलिए, पद $ \rho g h $ को स्थिर माना जा सकता है और उसी प्रवाह रेखा पर दो बिंदुओं की तुलना करते समय समीकरण से हटाया जा सकता है। इससे बर्नौली के समीकरण का सरलीकृत संस्करण प्राप्त होता है:

$$ P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2 $$

जहाँ:

• $ P_1 $ और $ P_2 $ क्रमशः बिंदु 1 और 2 पर दबाव हैं।
• $ v_1 $ और $ v_2 $ क्रमशः बिंदु 1 और 2 पर द्रव की वेग हैं।

व्याख्या

1. दबाव और वेग संबंध:

   • यदि द्रव का वेग बढ़ता है (अर्थात् $ v_2 > v_1 $), तो समीकरण को संतुष्ट करने के लिए दबाव घटना चाहिए (अर्थात् $ P_2 < P_1 $)। इसे द्रव प्रवाह में ऊर्जा संरक्षण का सिद्धांत कहा जाता है।
   • इसके विपरीत, यदि द्रव धीमा होता है (अर्थात् $ v_2 < v_1 $), तो दबाव बढ़ता है (अर्थात् $ P_2 > P_1 $)।

2. अनुप्रयोग:

   • यह सिद्धांत विभिन्न अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से प्रयुक्त होता है, जैसे कि एयरफोइल, वेंचुरी मीटर और पाइपिंग प्रणालियों के डिज़ाइन में, जहाँ दबाव और वेग के बीच संबंध को समझना महत्वपूर्ण है।

उदाहरण

मान लीजिए एक क्षैतिज पाइप है जिसका व्यास बदलता है। बिंदु 1 पर पाइप का व्यास बड़ा है, और बिंदु 2 पर यह छोटा है। निरंतरता समीकरण के अनुसार, व्यास घटने पर वेग बढ़ेगा। स्थिर गहराई पर बर्नौली समीकरण लागू करने पर:

• बिंदु 1 (बड़ा व्यास):

  • $ P_1 $ = दबाव
  • $ v_1 $ = कम वेग

• बिंदु 2 (छोटा व्यास):

  • $ P_2 $ = दबाव
  • $ v_2 $ = अधिक वेग

बर्नौली समीकरण से:

$$ P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2 $$

यह दर्शाता है कि जैसे ही द्रव बिंदु 1 से बिंदु 2 की ओर बढ़ता है, वेग में वृद्धि के कारण दबाव घटता है।

स्थिर गहराई पर बर्नौली का समीकरण द्रव व्यवहार के बारे में मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करता है, यह बताता है कि बहते द्रव में दाब और वेग किस प्रकार एक-दूसरे से जुड़े हैं। इस सम्बन्ध को समझना द्रव यांत्रिकी और अभियांत्रिकी के विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए अनिवार्य है।

स्थिर द्रवों के लिए बर्नौली का समीकरण

बर्नौली का समीकरण द्रव यांत्रिकी का एक मूलभूत सिद्धांत है जो स्थिर द्रव में दाब, वेग और ऊँचाई के बीच सम्बन्को का वर्णन करता है। यह कहता है कि यदि घर्षण या अन्य कारकों के कारण ऊर्जा हानि न हो, तो किसी पाइप या चैनल से बहते द्रव की कुल ऊर्जा नियत रहती है।

समीकरण इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

$$P + \frac{1}{2}ρv^2 + ρgy = constant$$

जहाँ:

• $P$ द्रव का दाब है
• $ρ$ द्रव का घनत्व है
• $v$ द्रव का वेग है
• $g$ गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है
• $y$ द्रव की ऊँचाई है

स्पष्टीकरण

बर्नौली के समीकरण को इस उदाहरण से समझा जा सकता है। कल्पना कीजिए कि एक पानी की टंकी के तल में एक छेद है। जैसे-जैसे पानी छेद से बाहर बहता है, यह गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरित होता है। गिरते समय पानी का वेग बढ़ता है और उसका दाब घटता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पानी गिरते समय कार्य कर रहा है और उसकी ऊर्जा गतिज ऊर्जा में रूपांतरित हो रही है।

पानी की कुल ऊर्जा हालांकि स्थिर रहती है। टंकी के ऊपर पानी की स्थितिज ऊर्जा गिरते समय गतिज ऊर्जा में बदल जाती है। प्रवाह के दौरान दाब ऊर्जा, गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा का योग स्थिर बना रहता है।

अनुप्रयोग

बर्नौली समीकरण का द्रव यांत्रिकी में विस्तृत उपयोग है, जिनमें शामिल हैं:

• प्रवाह मापन: बर्नौली समीकरण का उपयोग द्रव के प्रवाह दर को मापने के लिए किया जा सकता है, जिसमें द्रव के दाब और वेग को मापा जाता है।
• पंप डिज़ाइन: बर्नौली समीकरण का उपयोग ऐसे पंप बनाने में किया जा सकता है जो द्रव को एक स्थान से दूसरे स्थान तक ले जाते हैं।
• विमान डिज़ाइन: बर्नौली समीकरन का उपयोग विमान पंखों को डिज़ाइन करने में किया जाता है जो पंख के ऊपर और नीचे दाब में अंतर बनाकर उठान उत्पन्न करते हैं।
• पवन टरबाइन डिज़ाइन: बर्नौली समीकरण का उपयोग पवन टरबाइन बनाने में किया जाता है जो पवन की गतिज ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलते हैं।

सीमाएँ

बर्नौली समीकरण केवल स्थिर द्रवों के लिए वैध है, जिसका अर्थ है कि द्रव त्वरित नहीं हो रहा है। यदि द्रव त्वरित हो रहा है, तो समीकरण में संशोधन करना होगा ताकि द्रव के त्वरण को ध्यान में रखा जा सके।

इसके अतिरिक्त, बर्नौली का समीकरन घर्षण या अन्य ऊर्जा हानियों के प्रभावों को ध्यान में नहीं रखता। वास्तविक अनुप्रयोगों में, घर्षण के कारण हमेशा कुछ ऊर्जा हानि होती है, इसलिए द्रव की कुल ऊर्जा स्थिर नहीं रहती। हालांकि, बर्नौली का समीकरन कई मामलों में द्रव के प्रवाह का आकलन करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

बेसबॉल का घुमाव

जब एक पिचर बेसबॉल फेंकता है, तो यह मैग्नस प्रभाव के कारण घुमावदार पथ का अनुसरण करता है। यह प्रभाव गेंद के सामने और पीछे वायु दबाव में अंतर के कारण होता है। जैसे ही गेंद घूमती है, यह अपने पीछे एक निम्न दबाव क्षेत्र और सामने एक उच्च दबाव क्षेत्र बनाती है। इस दबाव के अंतर के कारण गेंद घूर्णन की दिशा में मुड़ जाती है।

बेसबॉल में आने वाले घुमाव की मात्रा कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें पिच की गति, गेंद की घूर्णन दर और गेंद के छोड़ने का बिंदु शामिल हैं। एक तेज पिच की तुलना में धीमी पिच में कम घुमाव होगा, और उच्च घूर्णन दर वाली गेंद की तुलना में कम घूर्णन दर वाली गेंद में कम घुमाव होगा। गेंद के छोड़ने का बिंदु भी घुमाव को प्रभावित करता है, जमीन के करीब छोड़ी गई गेंद की तुलना में ऊंचाई से छोड़ी गई गेंद में अधिक घुमाव होता है।

बेसबॉल का घुमाव पिचरों के लिए एक मूल्यवान उपकरण हो सकता है, क्योंकि इसका उपयोग बल्लेबाजों को धोखा देने और उन्हें स्विंग करने और चूकने के लिए किया जा सकता है। पिचर घुमाव का उपयोग प्लेट के बाहरी कोने पर स्ट्राइक फेंकने के लिए भी कर सकते हैं, जिसे हिट करना बल्लेबाजों के लिए मुश्किल हो सकता है।

बेसबॉल के कर्व के उदाहरण

• स्लाइडर: स्लाइडर एक ऐसी पिच है जिसे उच्च स्पिन रेट और जमीन के करीब रिलीज़ पॉइंट के साथ फेंका जाता है। कारकों के इस संयोजन स्लाइडर को एक तेज, नीचे की ओर कर्व देता है।
• कर्वबॉल: कर्वबॉल एक ऐसी पिच है जिसे मध्यम स्पिन रेट और स्लाइडर की तुलना में ऊँचे रिलीज़ पॉइंट के साथ फेंका जाता है। कारकों के इस संयोजन कर्वबॉल को एक अधिक धीमा, व्यापक कर्व देता है।
• चेंजअप: चेंजअप एक ऐसी पिच है जिसे कम स्पिन रेट और जमीन के करीब रिलीज़ पॉइंट के साथ फेंका जाता है। कारकों के इस संयोजन चेंजअप को एक सीधा, तेज़ ट्राजेक्टरी देता है।

बेसबॉल का कर्व एक जटिल घटना है जो कई कारकों से प्रभावित होती है। मैग्नस प्रभाव के भौतिकी को समझकर, पिचर कर्व का उपयोग बल्लेबाज़ों को धोखा देने और आउट करने के लिए अपने लाभ के लिए कर सकते हैं।

एयरफॉइल और बर्नौली का सिद्धांत

एक एयरफॉइल एक वक्र सतह होती है जिसे किसी द्रव में चलने पर लिफ्ट उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया होता है। सबसे सामान्य प्रकार का एयरफॉइल हवाई जहाज़ का पंख होता है। एयरफॉइल में पवन चक्कियों के ब्लेड, प्रोपेलर और सेल भी शामिल होते हैं।

बर्नौली का सिद्धांत कहता है कि किसी द्रव का दबाव उसकी वेग बढ़ने पर घटता है। इस सिद्धांत का उपयोग यह समझाने के लिए किया जा सकता है कि एयरफॉइल लिफ्ट कैसे उत्पन्न करते हैं।

जब एक एयरफॉइल हवा में आगे बढ़ता है, तो हवा एयरफॉइल के ऊपर और नीचे से बहती है। एयरफॉइल के ऊपर से बहने वाली हवा को एयरफॉइल के नीचे से बहने वाली हवा की तुलना में अधिक दूरी तय करनी पड़ती है। इसका अर्थ है कि एयरफॉइल के ऊपर की हवा की गति एयरफॉइल के नीचे की हवा की गति से अधिक होती है।

बर्नौली के सिद्धांत के अनुसार, एयरफॉइल के ऊपर की हवा का दबाव एयरफॉइल के नीचे की हवा के दबाव से कम होता है। दबाव में इस अंतर से एक बल उत्पन्न होता है जो एयरफॉइल को ऊपर उठाता है।

एयरफॉइल द्वारा उत्पन्न लिफ्ट की मात्रा कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें एयरफॉइल का आकार, हवा के प्रवाह के सापेक्ष इसका झुकाव का कोण, और हवा के प्रवाह की गति शामिल हैं।

एयरफॉइल के उदाहरण

• विमान के पंख: विमान के पंख एयरफॉइल होते हैं जो विमान गति में होने पर लिफ्ट उत्पन्न करते हैं। पंखों की आकृति और वह कोण जिस पर उन्हें वायुप्रवाह के सापेक्ष झुकाया जाता है, कम से कम ड्रैग के साथ अधिकतम लिफ्ट बनाने के लिए डिज़ाइन की जाती है।
• पवनचक्की की पत्तियाँ: पवनचक्की की पत्तियाँ एयरफॉइल होती हैं जो हवा चलने पर लिफ्ट उत्पन्न करती हैं। पत्तियों की आकृति और वह कोण जिस पर उन्हें हवा के सापेक्ष झुकाया जाता है, हवा से अधिक से अधिक ऊर्जा पकड़ने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं।
• प्रोपेलर: प्रोपेलर एयरफॉइल होते हैं जो घूमने पर थ्रस्ट उत्पन्न करते हैं। ब्लेड्स की आकृति और वह कोण जिस पर उन्हें वायुप्रवाह के सापेक्ष झुकाया जाता है, कम से कम ड्रैग के साथ अधिकतम थ्रस्ट बनाने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं।
• पाल: पाल एयरफॉइल होते हैं जो हवा चलने पर थ्रस्ट उत्पन्न करते हैं। पालों की आकृति और वह कोण जिस पर उन्हें हवा के सापेक्ष झुकाया जाता है, हवा से अधिक से अधिक ऊर्जा पकड़ने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं।

बर्नौली का सिद्धांत कार्यरत

बर्नौली का सिद्धांत कई दैनिक स्थितियों में कार्यरत देखा जा सकता है।

• जब आप किसी कागज़ के टुकड़े पर हवा फेंकते हैं, तो कागज़ ऊपर उठ जाता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि कागज़ के ऊपर बह रही हवा की गति, कागज़ के नीचे बह रही हवा की गति से अधिक होती है। कागज़ के ऊपर और नीचे के दबाव में अंतर एक बल पैदा करता है जो कागज़ को ऊपर उठाता है।
• जब आप कार चलाते हैं, तो कार के ऊपर बह रही हवा की गति, कार के नीचे बह रही हवा की गति से अधिक होती है। इस दबाव के अंतर से एक बल पैदा होता है जो कार को नीचे की ओर दबाता है। इस बल को डाउनफोर्स कहा जाता है। डाउनफोर्स कार को सड़क पर बनाए रखने में मदद करता है।
• जब आप पतंग उड़ाते हैं, तो पतंग के ऊपर बह रही हवा की गति, पतंग के नीचे बह रही हवा की गति से अधिक होती है। इस दबाव के अंतर से एक बल पैदा होता है जो पतंग को ऊपर उठाता है।

बर्नौली का सिद्धांत द्रव गतिकी का एक मौलिक सिद्धांत है। इसका अभियांत्रिकी, परिवहन और खेलों में व्यापक अनुप्रयोग है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न – FAQs

बर्नौली किसके लिए प्रसिद्ध है?

डैनियल बर्नौली एक स्विस गणितज्ञ, भौतिकविद् और खगोलशास्त्री थे, जो द्रव गतिकी पर उनके कार्य के लिए सबसे अधिक प्रसिद्ध हैं। उनका सबसे प्रसिद्ध योगदान बर्नौली का सिद्धांत है, जो द्रव की वेग, दबाव और ऊँचाई के बीच संबंध को वर्णित करता है।

बर्नौली का सिद्धांत कहता है कि जैसे-जैसे किसी द्रव का वेग बढ़ता है, द्रव द्वारा लगाया गया दबाव घटता है। इसे कई दैनिक अनुप्रयोगों में देखा जा सकता है, जैसे कि हवाई जहाज़ की उड़ान। हवाई जहाज़ के पंख इस प्रकार डिज़ाइन किए जाते हैं कि पंख के ऊपर कम दबाव का क्षेत्र और पंख के नीचे अधिक दबाव का क्षेत्र बनता है। दबाव में यह अंतर एक बल उत्पन्न करता है जो हवाई जहाज़ को ऊपर उठाता है।

बर्नौली का सिद्धांत वेंचुरी नलिका के संचालन में भी देखा जा सकता है। वेंचुरी नलिका एक ऐसा उपकरण है जिसे किसी द्रव के प्रवाह दर को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है। वेंचुरी नलिका में एक पाइप का खंड होता है जिसका मध्य भाग संकीर्ण होता है। जैसे ही द्रव संकीर्णन से होकर बहता है, द्रव का वेग बढ़ता है और दबाव घटता है। वेंचुरी नलिका के ऊपरधारा और नीचेधारा खंडों के बीच दबाव के इस अंतर का उपयोग द्रव के प्रवाह दर की गणना करने के लिए किया जा सकता है।

बर्नौली का सिद्धांत द्रव गतिकी का एक मौलिक सिद्धांत है और इसके अभियांत्रिकी, मौसम विज्ञान और अन्य क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोग हैं।

अन्य योगदान

द्रव गतिकी पर अपने कार्य के अतिरिक्त, बर्नौली ने गणित और भौतिकी के अन्य क्षेत्रों में भी महत्वपूर्ण योगदान दिए। उन्होंने अवकल समीकरणों को हल करने की एक नई विधि विकसित की और उन्होंने प्रायिकता के सिद्धांत पर भी कार्य किया। बर्नौली गैसों के गुणों का अध्ययन करने वाले प्रथम वैज्ञानिकों में भी से एक थे।

बर्नौली एक प्रतिभाशाली गणितज्ञ और भौतिक वैज्ञानिक थे जिन्होंने कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण योगदान दिया। उनके कार्य का हमारे आसपास की दुनिया की समझ पर गहरा प्रभाव पड़ा है।

बर्नौली का समीकरण क्या मतलब रखता है?

बर्नौली का समीकरण द्रव गतिकी का एक मौलिक सिद्धांत है जो द्रव की वेग, दाब और ऊँचाई के बीच संबंध को वर्णित करता है। यह कहता है कि जैसे-जैसे किसी द्रव का वेग बढ़ता है, द्रव द्वारा लगाया गया दाब घटता है, और इसका विपरीत भी सच है। यह सिद्धांत द्रव यांत्रिकी में कई घटनाओं को समझने के लिए आवश्यक है, जैसे कि वायुयान के पंख पर उठान, वेंचुरी नलिका का संचालन और बवंडर का निर्माण।

गणितीय सूत्रीकरण:

बर्नौली के समीकरण को गणितीय रूप से इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

$$P + \frac{1}{2}ρv^2 + ρgy = constant$$

जहाँ:

• $P$ द्रव का दाब है
• $ρ$ द्रव का घनत्व है
• $v$ द्रव का वेग है
• $g$ गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है
• $y$ द्रव की ऊँचाई है

व्याख्या:

बर्नौली का समीकरण कहता है कि किसी पाइप या चैनल से बहते द्रव की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है। यह कुल ऊर्जा दाब ऊर्जा, गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा के योग के बराबर होती है।

• दाब ऊर्जा: यह ऊर्जा द्रव में उसके दाब के कारण संचित होती है। यह द्रव के दाब और आयतन के गुणनफल के बराबर होती है।
• गतिज ऊर्जा: यह द्रव की गति की ऊर्जा है। यह द्रव के द्रव्यमान का आधा गुणा उसके वेग के वर्ग के बराबर होती है।
• स्थितिज ऊर्जा: यह ऊर्जा द्रव में किसी संदर्भ बिंदु से ऊँचाई के कारण संचित होती है। यह द्रव के द्रव्यमान का गुरुत्वीय त्वरण और ऊँचाई से गुणा के बराबर होती है।

जैसे ही द्रव किसी पाइप या चैनल से बहता है, दाब ऊर्जा, गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तन हो सकता है। हालाँकि, कुल ऊर्जा स्थिर रहती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि किसी एक प्रकार की ऊर्जा में वृद्धि की भरपाई दूसरी प्रकार की ऊर्जा में कमी से हो जाती है।

उदाहरण:

• विमान के पंख पर उत्थान: विमान के पंख इस प्रकार डिज़ाइन किए जाते हैं कि वे पंख के ऊपर कम दबाव का क्षेत्र और पंख के नीचे उच्च दबाव का क्षेत्र बनाते हैं। इस दबाव के अंतर से एक बल उत्पन्न होता है जो विमान को ऊपर उठाता है।
• वेंचुरी नलिका: वेंचुरी नलिका एक ऐसा उपकरण है जिसका उपयोग किसी द्रव के प्रवाह दर को मापने के लिए किया जाता है। वेंचुरी नलिका में एक पाइप का एक हिस्सा होता है जो बीच में संकीर्ण होता है। जैसे ही द्रव संकीर्णन से होकर बहता है, द्रव का वेग बढ़ जाता है और दबाव घट जाता है। वेंचुरी नलिका के ऊपर और नीचे के हिस्सों के बीच दबाव के अंतर का उपयोग द्रव के प्रवाह दर की गणना करने के लिए किया जा सकता है।
• टॉर्नेडो: टॉर्नेडो तब बनते हैं जब जमीन से गर्म, नमी भरी हवा तेजी से ऊपर उठती है। जैसे ही हवा ऊपर उठती है, वह ठंडी होकर संघनित होती है और गुप्त ऊष्मा मुक्त करती है। यह ऊष्मा हवा को फैलने और कम घना बनने का कारण बनती है। कम घनी हवा ऊपर उठती है, जिससे सतह पर कम दबाव का क्षेत्र बनता है। आसपास की हवा इस कम दबाव वाले क्षेत्र में खींची जाती है, जिससे एक टॉर्नेडो बनता है।

बर्नौली का समीकरण द्रव यांत्रिकी में कई घटनाओं को समझने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है। इसका उपयोग इंजीनियर और वैज्ञानिक द्रव प्रणालियों को डिज़ाइन और विश्लेषण करने के लिए करते हैं।

बर्नौली के समीकरण में हेड लॉस क्या है?

बर्नौली का समीकरण द्रव यांत्रिकी का एक मौलिक सिद्धांत है जो बहते द्रव में दाब, वेग और ऊंचाई के बीच संबंध को वर्णित करता है। यह कहता है कि यदि द्रव पर कोई बाहरी बल कार्यरत नहीं है, तो पाइप या चैनल से बहते द्रव की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है।

हेड लॉस एक ऐसा पद है जिसका उपयोग उस ऊर्जा हानि को दर्शाने के लिए किया जाता है जब द्रव किसी पाइप या चैनल से बहता है। यह ऊर्जा हानि द्रव और पाइप की दीवारों के बीच घर्षण तथा अन्य कारकों—जैसे ऊंचाई में परिवर्तन और पाइप में अचानक प्रसार या संकुचन—के कारण होती है।

हेड लॉस को निम्न समीकरण के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:

$$h_L = f \frac{L}{D} (\frac{V^2}{2g})$$

जहाँ:

• $h_L$ हेड लॉस फुट (ft) में है
• $f$ डार्सी-वाइसबैख घर्षण गुणांक है
• $L$ पाइप या कंड्यूट की लंबाई फुट (ft) में है
• $D$ पाइप या कंड्यूट का व्यास फुट (ft) में है
• $V$ द्रव का वेग फुट प्रति सेकंड (ft/s) में है
• $g$ गुरुत्वीय त्वरण फुट प्रति सेकंड वर्ग $(ft/s^2)$ में है

घर्षण गुणांक (f) एक विमाहीन संख्या है जो प्रवाह के रेनॉल्ड्स संख्या $(R_e)$ पर निर्भर करता है। रेनॉल्ड्स संख्या बहते द्रव में जड़ता बलों और श्यान बलों के अनुपात का माप है।

अनुस्तरीय प्रवाह $(R_e < 2100)$ के लिए घर्षण गुणांक निम्न समीकरण द्वारा दिया जाता है:

$$f = \frac{64}{R_e}$$

अशांत प्रवाह $(R_e > 4000)$ के लिए घर्षण गुणांक निम्न समीकरण का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है:

$$f = (1.82 log(R_e) - 1.64)^{-2}$$

हेड लॉस के उदाहरण

हर रोज़ की ज़िंदगी में हेड लॉस के कई उदाहरण मिलते हैं। कुछ सामान्य उदाहरण इस प्रकार हैं:

• जब पानी बगीचे की नली से बहता है तो दबाव में जो गिरावट आती है
• जब हवा एक डक्ट से बहती है तो दबाव में जो हानि होती है
• जब तेल एक पाइपलाइन से बहता है तो दबाव में जो गिरावट आती है

हेड लॉस द्रव प्रणालियों की डिज़ाइन में एक महत्वपूर्ण कारक हो सकता है। हेड लॉस को प्रभावित करने वाले कारकों को समझकर, इंजीनियर ऐसी प्रणालियाँ डिज़ाइन कर सकते हैं जो ऊर्जा की हानि को कम करती हैं और यह सुनिश्चित करती हैं कि द्रव कुशलता से बहें।

निष्कर्ष

हेड लॉस द्रव यांत्रिकी का एक महत्वपूर्ण सिद्धांत है जिसका द्रव प्रणालियों की डिज़ाइन और संचालन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है। हेड लॉस को प्रभावित करने वाले कारकों को समझकर, इंजीनियर ऐसी प्रणालियाँ डिज़ाइन कर सकते हैं जो ऊर्जा की हानि को कम करती हैं और यह सुनिश्चित करती हैं कि द्रव कुशलता से बहें।

हेड लॉस समीकरण क्या है?

हेड लॉस समीकरण द्रव यांत्रिकी का एक मूलभूत सिद्धांत है जो उस ऊर्जा हानि का वर्णन करता है जो किसी द्रव के पाइप या अन्य नाली से बहने पर होती है। यह इंजीनियरों और वैज्ञानिकों के लिए एक आवश्यक उपकरण है जो द्रव प्रणालियों की डिज़ाइन और विश्लेषण करते हैं।

हेड लॉस समीकरण ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत से व्युत्पन्न किया गया है, जो कहता है कि किसी प्रणाली से बहते द्रव की कुल ऊर्जा स्थिर रहनी चाहिए। दूसरे शब्दों में, प्रणाली में दी गई ऊर्जा, बाहर निकलने वाली ऊर्जा और ऊर्जा हानि के योग के बराबर होनी चाहिए।

हेड लॉस समीकरण इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

$$h_L = f \frac{L}{D} (\frac{V^2}{2g})$$

जहाँ:

• $h_L$ सिर का नुकसान फीट (ft) में है
• $f$ डार्सी-वाइसबैच घर्षण गुणांक है
• $L$ पाइप या नाली की लंबाई फीट (ft) में है
• $D$ पाइप या नाली का व्यास फीट (ft) में है
• $V$ द्रव का वेग फीट प्रति सेकंड (ft/s) में है
• $g$ गुरुत्वाकर्षण का त्वरण फीट प्रति सेकंड वर्ग $(ft/s^2)$ में है

डार्सी-वाइसबैच घर्षण गुणांक एक विमाहीन संख्या है जो रेनॉल्ड्स संख्या और पाइप या नाली की सापेक्ष खुरदरापन पर निर्भर करती है। रेनॉल्ड्स संख्या द्रव में जड़ता बलों और श्यान बलों के अनुपात का एक माप है, जबकि सापेक्ष खुरदरापन पाइप या नाली की सतह पर खुरदरे तत्वों के आकार का माप है।

सिर नुकसान समीकरण का उपयोग यह गणना करने के लिए किया जा सकता है कि जब कोई द्रव पाइप या नाली से बहता है तो कितना दबाव गिरावट होती है। दबाव गिरावट सिर नुकसान और द्रव के विशिष्ट भार के गुणनफल के बराबर होती है।

सिर नुकसान समीकरण का उपयोग द्रव प्रणालियों को डिज़ाइन करने में भी किया जाता है। यह जानकर कि किसी प्रणाली में कितना सिर नुकसान होगा, इंजीनियर ऐसे पंप और अन्य घटक चुन सकते हैं जो आवश्यक ऊर्जा प्रदान करेंगे ताकि सिर नुकसान को पार किया जा सके और द्रव को उसके गंतव्य तक पहुँचाया जा सके।

यहाँ कुछ उदाहरण दिए गए हैं कि सिर नुकसान समीकरण का व्यवहार में कैसे उपयोग किया जाता है:

• जल वितरण प्रणालियों के डिज़ाइन में, हेड लॉस समीकरण का उपयोग पाइपों में होने वाले दबाव में गिरावट की गणना के लिए किया जाता है। यह जानकारी पंपों का चयन करने के लिए उपयोग की जाती है जो ग्राहकों तक जल पहुँचाने के लिए आवश्यक दबाव प्रदान करेंगे।
• एचवीएसी प्रणालियों के डिज़ाइन में, हेड लॉस समीकरण का उपयोग डक्ट्स में होने वाले दबाव में गिरावट की गणना के लिए किया जाता है। यह जानकारी पंखों का चयन करने के लिए उपयोग की जाती है जो इमारत को गर्म या ठंडा करने के लिए आवश्यक वायुप्रवाह प्रदान करेंगे।
• औद्योगिक प्रक्रिया पाइपिंग प्रणालियों के डिज़ाइन में, हेड लॉस समीकरण का उपयोग पाइपों में होने वाले दबाव में गिरावट की गणना के लिए किया जाता है। यह जानकारी पंपों और अन्य घटकों का चयन करने के लिए उपयोग की जाती है जो प्रणाली के माध्यम से द्रवों को परिवहन करने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करेंगे।

हेड लॉस समीकरण एक शक्तिशाली उपकरण है जिसका उपयोग द्रव प्रणालियों को डिज़ाइन और विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है। प्रणाली में होने वाले हेड लॉस को समझकर, इंजीनियर ऐसे घटकों का चयन कर सकते हैं जो हेड लॉस को दूर करने और द्रव को उसके गंतव्य तक पहुँचाने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करेंगे।

पंप की अधिकतम सक्शन हेड क्या है?

पंप की अधिकतम सक्शन हेड संप में जल स्तर और पंप की केंद्र रेखा के बीच की ऊर्ध्वाधर दूरी है। यह अधिकतम ऊँचाई है जिससे पंप संप से जल को ऊपर उठा सकता है।

एक पंप की अधिकतम सक्शन हेड वायुमंडलीय दबाव और पानी के वाष्प दबाव से सीमित होती है। वायुमंडलीय दबाव वह दबाव है जो सेंप में पानी की सतह पर वायु द्वारा लगाया जाता है। वाष्प दबाव वह दबाव है जो वायु में मौजूद जल-वाष्प द्वारा लगाया जाता है।

एक पंप की अधिकतम सक्शन हेड वायुमंडलीय दबाव से पानी के वाष्प दबाव को घटाकर परिकलित की जाती है। उदाहरण के लिए, यदि वायुमंडलीय दबाव 14.7 psi है और पानी का वाष्प दबाव 0.5 psi है, तो पंप की अधिकतम सक्शन हेड 14.2 psi होगी।

एक पंप की अधिकतम सक्शन हेड पानी के तापमान से भी प्रभावित होती है। जैसे-जैसे पानी का तापमान बढ़ता है, पानी का वाष्प दबाव बढ़ता है। इसका अर्थ है कि पानी के तापमान के बढ़ने के साथ पंप की अधिकतम सक्शन हेड घटती है।

एक पंप की अधिकतम सक्शन हेड पंप चयन करते समय विचार करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। यदि पंप सेंप से पानी को ऊपर नहीं उठा पाता है, तो वह ठीक से कार्य नहीं कर पाएगा।

अधिकतम सक्शन हेड के उदाहरण

निम्नलिखित विभिन्न प्रकार के पंपों की अधिकतम सक्शन हेड के कुछ उदाहरण हैं:

• सेंट्रीफ्यूगल पंप: 10 से 20 फीट
• पॉज़िटिव डिस्प्लेसमेंट पंप: 20 से 100 फीट
• जेट पंप: 20 से 40 फीट
• सबमर्सिबल पंप: 30 से 100 फीट

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि किसी पंप की अधिकतम सक्शन हेड एक स्थिर मान नहीं होती है। यह पंप की संचालन परिस्थितियों के आधार पर भिन्न हो सकती है।