ආපසු Dashboard එකට
Unit 10
පදාර්ථයේ යාන්ත්රික ගුණ (Mechanical Properties of Matter)
ප්රත්යාස්ථතාව, යං මාපාංකය, දුස්ස්රාවිතාව සහ පෘෂ්ඨික ආතතියේ විභාග රහස්.
මූලික සංකල්ප
- • හූක් නියමය: සමානුපාතික සීමාව තුළ කම්බියක ඇති වන විතතිය (e), ඒ මත යෙදූ භාරයට (F) අනුලෝමව සමානුපාතික වේ (F = ke).
- • ස්ටෝක්ස් නියමය (F = 6πηrv): දුස්ස්රාවී මාධ්යයක් තුළින් චලනය වන කුඩා ගෝලීය වස්තුවක් මත ක්රියා කරන දුස්ස්රාවිතා බලය සෙවීමේ සූත්රයයි.
Paper Marking රහස්
⚠️ ඒකක පරිවර්තන උගුල: යං මාපාංකය (Y) සෙවීමේ ගණන් වලදී කම්බියේ විෂ්කම්භය මිලිමීටර (mm) වලින් දෙන අතර, ළමයි එය මීටර (m) වලට පරිවර්තනය කිරීමට අමතක කිරීම නිසා මුළු ලකුණුම නැති කර ගනිති! (1 mm = 10⁻³ m).
📘 සම්පත් පොත් සාරාංශය: පදාර්ථයේ යාන්ත්රික ගුණ
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- ප්රත්යාස්ථතාව (Elasticity): බාහිර බලයක් යෙදූ විට හැඩය හෝ ප්රමාණය වෙනස් වී, බලය ඉවත් කළ විට නැවත මුල් හැඩයට හෝ ප්රමාණයට පත්වීමට ද්රව්යවලට ඇති හැකියාවයි.
- ආතන ප්රත්යාබලය (Tensile Stress): වස්තුවක ඒකක හරස්කඩ වර්ගඵලයක් මත ක්රියා කරන ආතන බලයයි.
- ආතන වික්රියාව (Tensile Strain): වස්තුවක ඒකක දිගක ඇතිවන විතතියයි (දිගෙහි වෙනස් වීමයි).
- යං මාපාංකය (Young's Modulus - Y): ප්රත්යාස්ථතා සීමාව තුළ ආතන ප්රත්යාබලය හා ආතන වික්රියාව අතර අනුපාතයයි.
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- හුක් නියමය: F = ke
- ප්රත්යාබලය: Stress = F / A
- වික්රියාව: Strain = e / l
- යං මාපාංකය: Y = (F * l) / (A * e)
- ඇදෙන කම්බියක ගබඩා වන ශක්තිය: W = 1/2 * Fe
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- වික්රියාවට ඒකක හෝ මාන නොමැත.
- ප්රත්යාබල - වික්රියා ප්රස්ථාරයේ මූල ලක්ෂ්යයේ සිට සමානුපාතික සීමාව (Proportional Limit) දක්වා ප්රස්ථාරය සරල රේඛාවක් වේ (හුක් නියමය පිළිපදී).
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
යං මාපාංක (Y) සමීකරණය යෙදිය හැක්කේ ප්රත්යාස්ථතා සීමාව (Elastic limit) ඇතුළතදී පමණි. එමෙන්ම කම්බියක උෂ්ණත්වය වෙනස් වන විට එහි යං මාපාංකය ද වෙනස් වන බැවින් සමීකරණ යෙදීමේදී උෂ්ණත්වය නියතව පැවතිය යුතුය.
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- දුස්ස්රාවිතාව (Viscosity): ද්රවයක් ප්රවාහය වීමේදී ද්රව ස්තර අතර සාපේක්ෂ චලිතයට එරෙහිව ඇතිවන ඝර්ෂණ බලයයි.
- අනාකූල ප්රවාහය (Streamline Flow): ද්රව අංශු එකම මාර්ගයක, එකම වේගයෙන් ගමන් කරන ක්රමානුකූල (ආස්තරීය) ප්රවාහයයි.
- ප්රවේග අනුක්රමණය (Velocity Gradient): ප්රවේග අනුක්රමණය (Velocity Gradient) යනු ද්රව ස්තර අතර පරතරය අනුව ප්රවේගයේ වෙනස් වීමේ සීඝ්රතාවයි (dv / dx).
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- දුස්ස්රාවී බලය: F = η * A * (dv / dx)
- පොයිසෙල් සමීකරණය: V / t = (π * a⁴ * Δp) / (8 * η * l)
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට ද්රවවල දුස්ස්රාවිතා සංගුණකය (η) අඩුවේ.
- නළයක් තුළින් ද්රවයක් ගලා යාමේදී නළයේ බිත්තිය අසල ස්තරවල ප්රවේගය ශුන්ය වන අතර කේන්ද්රය දිගේ යන ස්තරයේ ප්රවේගය උපරිම වේ.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
පොයිසෙල් සමීකරණය යෙදිය හැක්කේ අනාකූල (Streamline) ප්රවාහ සඳහා පමණි. එනම් පීඩන අන්තරය විශාල නොවන විට, නළය තිරස් හා සිහින් වන විට සහ ද්රවය අසම්පීඩ්ය වන විට පමණි. ආකූල (Turbulent) ප්රවාහ සඳහා මෙය යෙදීමෙන් පිළිතුරු වැරදේ.
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- ස්ටෝක්ස් නියමය (Stokes' Law): දුස්ස්රාවී තරලයක් තුළින් චලනය වන කුඩා ගෝලාකාර වස්තුවක් මත ක්රියා කරන දුස්ස්රාවී ඝර්ෂණ බලය සෙවීමේ නියමයයි.
- ආන්ත ප්රවේගය (Terminal Velocity - v): තරලයක් තුළින් වස්තුවක් පහළට වැටෙන විට, පහළට ක්රියා කරන බරට ඉහළට ක්රියා කරන (උත්ප්ලාවක බලය + දුස්ස්රාවී බලය) සමාන වීමෙන් වස්තුව ලබාගන්නා නියත උපරිම ප්රවේගයයි.
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- ස්ටෝක්ස් බලය: F = 6 * π * η * a * v
- ආන්ත ප්රවේගය: v = (2 * a² * (ρ - σ) * g) / (9 * η)
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- ගෝලයේ ඝනත්වය තරලයේ ඝනත්වයට වඩා වැඩි නම් (ρ > σ) ගෝලය පහළට ද, අඩු නම් (ρ < σ) ඉහළට ද (උදා: ජලය තුළ වායු බුබුලක්) ගමන් කරයි.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
ස්ටෝක්ස් නියමය යෙදිය හැක්කේ කුඩා, ගෝලාකාර, සුමට වස්තු සඳහා සහ අසීමිතව පැතිරුණු නිශ්චල තරල සඳහා පමණි. ප්රායෝගික පරීක්ෂණ වලදී බඳුනේ බිත්ති වල බලපෑම සහ තරලය නිශ්චලව නොතිබීම නිසා දෝෂ ඇතිවිය හැක.
ප්රධාන අර්ථ දැක්වීම් (Definitions):
- පෘෂ්ඨික ආතතිය (Surface Tension - T): ද්රව පෘෂ්ඨයක් මත ඇඳි කල්පිත රේඛාවක ඒකක දිගක් මත රේඛාවට ලම්බකව ද්රව පෘෂ්ඨය දිගේ ක්රියා කරන බලයයි.
- ස්පර්ශ කෝණය (Angle of Contact - θ): ද්රවයක් හා ඝන පෘෂ්ඨයක් ස්පර්ශ වන ලක්ෂ්යයේදී ද්රව පෘෂ්ඨයට අඳින ලද ස්පර්ශකයත් ඝන පෘෂ්ඨයත් අතර ද්රවය තුළින් මනිනු ලබන කෝණයයි.
- කේශිකත්වය (Capillarity): සිහින් නළයක් ද්රවයක ගිල්වූ විට ද්රව මට්ටම ඉහළ යාම හෝ පහළ යාමේ සංසිද්ධියයි.
සූත්ර සහ සමීකරණ (Equations):
- පෘෂ්ඨික ආතතිය: T = F / l
- පෘෂ්ඨික ශක්තිය: E = T * ΔA
- අතිරික්ත පීඩනය: සබන් බුබුලකට ΔP = 4T / r, ද්රව බිංදුවකට/වායු බුබුලකට ΔP = 2T / r
- කේශික නැඟීම: h = (2 * T * cosθ) / (r * ρ * g)
වැදගත් කරුණු (Key Points):
- පිරිසිදු ජලය සහ පිරිසිදු වීදුරු අතර ස්පර්ශ කෝණය ශුන්ය (0°) වේ. එබැවින් cos0° = 1 ලෙස ගෙන ගණනය කිරීම් සිදු කෙරේ.
- සබන් හෝ ඩිටර්ජන්ට් (Detergent) යෙදූ විට ජලයේ පෘෂ්ඨික ආතතිය අඩුවේ.
⚠️ විශේෂ සටහන් (Exam Notes/Traps):
සබන් බුබුලකට පෘෂ්ඨ දෙකක් (ඇතුළත සහ පිටත) ඇති බැවින් පෘෂ්ඨික ශක්තිය සෙවීමේදී සහ අතිරික්ත පීඩනය සෙවීමේදී අනිවාර්යයෙන්ම සමීකරණය 2න් ගුණ කළ යුතුය. වායු බුබුලකට ඇත්තේ එක් පෘෂ්ඨයක් පමණි. කේශික නැඟීම ගණනය කිරීමේදී (h), මිනුම ගත යුත්තේ චන්ද්රකයේ (Meniscus) පතුලේ සිටය.
| භෞතික රාශිය (Physical Quantity) | සම්මත සංකේතය (Symbol) | SI ඒකකය (SI Unit) | මාන (Dimensions) |
|---|---|---|---|
| ආතන ප්රත්යාබලය (Tensile Stress) | - | N m⁻² (or Pa) | ML⁻¹ T⁻² |
| යං මාපාංකය (Young's Modulus) | Y | N m⁻² (or Pa) | ML⁻¹ T⁻² |
| දුස්ස්රාවිතා සංගුණකය (Coefficient of Viscosity) | η | N s m⁻² (or Pa s) | ML⁻¹ T⁻¹ |
| පෘෂ්ඨික ආතතිය (Surface Tension) | T | N m⁻¹ | MT⁻² |
| බල නියතය (Force Constant) | k | N m⁻¹ | MT⁻² |
💧 Viscosity Drop Test (දුස්ස්රාවිතා පරීක්ෂණය)
වත්මන් වේගය: 0 m/s