Unit 1 of ME 3003 (Mechanical/Automobile Engineering) in Hindi

 यहां पर Fluid Mechanics & Hydraulic Machinery के Unit 1: Basic Properties of Fluid पर विस्तृत नोट्स हिंदी में दिए गए हैं, जो आपके एग्जाम की तैयारी के लिए सहायक होंगे। ये नोट्स Surface Tension, Capillarity, Fluid Pressure, और Pressure Measurement जैसे महत्वपूर्ण टॉपिक्स को कवर करते हैं।

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1. Fluid Mechanics के बुनियादी गुण

फ्लूड मैकेनिक्स में फ्लूइड (तरल) के गुणों का अध्ययन किया जाता है। तरल पदार्थों का व्यवहार विभिन्न परिस्थितियों में कैसे होता है, इसे समझने के लिए इन गुणों का अध्ययन आवश्यक है।

1.1 Surface Tension (सतही तनाव)

• सतही तनाव वह बल है जो तरल पदार्थ की सतह पर उसे सिकोड़ने की प्रवृत्ति पैदा करता है।
• यह बल एक सतही परत में उत्पन्न होता है और इस परत के अंदर के अणुओं के बीच आकर्षण बल की वजह से सतह के आकार में बदलाव आता है।
• सतही तनाव की माप N/m (न्यूटन प्रति मीटर) में की जाती है।
• सतही तनाव के कारण ही पानी की बूँद गोलाकार होती है और कीटों को पानी की सतह पर चलने की क्षमता मिलती है।

1.2 Capillarity (कैपिलैरिटी)

• कैपिलैरिटी तब होती है जब तरल किसी संकीर्ण नलिका में चढ़ता है या नीचे गिरता है। यह घटना सतही तनाव के कारण होती है।
• कैपिलैरिटी का उदाहरण ग्लास की नलिका में पानी का चढ़ना है।
• कैपिलैरिटी का सूत्र: $$h = \frac{2\gamma \cos \theta}{\rho g r}$$ जहाँ:
  • $h$ = तरल का ऊंचाई में बदलाव
  • $\gamma$ = सतही तनाव
  • $\theta$ = संपर्क कोण
  • $\rho$ = तरल का घनत्व
  • $g$ = गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक
  • $r$ = नलिका का त्रिज्या

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1.2 Fluid Pressure & Pressure Measurement (तरल दाब और दाब मापने की विधियाँ)

1.2.1 Fluid Pressure (तरल दाब), Pressure Head (दाब ऊँचाई), Pressure Intensity (दाब की तीव्रता)

• तरल दाब वह बल है जो तरल के किसी बिंदु पर उसकी सतह पर हो रही कंप्रेशन के कारण उत्पन्न होता है।
• Pressure Head (दाब ऊँचाई), किसी तरल में किसी बिंदु पर दाब को ऊँचाई में मापने की इकाई है। इसे मीटर में मापा जाता है।
• Pressure Intensity (दाब की तीव्रता) वह बल प्रति यूनिट क्षेत्र होता है जो तरल की सतह पर कार्य करता है। इसकी माप N/m² (पस्कल) में होती है।

1.2.2 Concept of Vacuum and Gauge Pressures, Atmospheric Pressure, Absolute Pressure (वैक्यूम और गेज दाब, वायुमंडलीय दाब, पूर्ण दाब का सिद्धांत)

• वायुमंडलीय दाब: पृथ्वी की सतह पर वायुमंडल द्वारा उत्पन्न दाब। इसका मान लगभग 101.325 kPa (किलो पास्कल) होता है।
• पूर्ण दाब (Absolute Pressure): यह वह दाब होता है जो किसी बिंदु पर वायुमंडलीय दाब को शामिल करके मापा जाता है। इसे P_abs = P_gauge + P_atm के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।
• गेज दाब (Gauge Pressure): यह वह दाब होता है जो पूर्ण दाब में से वायुमंडलीय दाब को घटाकर प्राप्त किया जाता है। P_gauge = P_abs - P_atm।
• वैक्यूम दाब: यह एक नकारात्मक दाब होता है, जो वायुमंडलीय दाब से कम होता है।

1.2.3 Simple and Differential Manometers (साधारण और डिफरेंशियल मैनोमीटर)

• साधारण मैनोमीटर: यह एक प्रकार का यांत्रिक यंत्र है जो दाब मापने के लिए उपयोग किया जाता है। इसमें तरल स्तर की ऊँचाई का अंतर दाब का सूचकांक होता है। उदाहरण स्वरूप U-tube manometer।

  • U-tube Manometer: यह दो खुले छोरों वाली एक U आकार की ट्यूब होती है जिसमें एक द्रव (जैसे पानी या पारा) भरा होता है। इसमें दाब के अंतर को मापने के लिए तरल की ऊँचाई में परिवर्तन देखा जाता है।

• डिफरेंशियल मैनोमीटर: यह दो स्थानों के दाब का अंतर मापने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसमें दो बंद छोर होते हैं जो दो विभिन्न स्थानों से दाब को मापने के लिए जुड़े होते हैं। Inclined manometer इसका एक उदाहरण है।

1.2.4 Bourdon Pressure Gauge (बोरडन दाब गेज)

• Bourdon Pressure Gauge एक यांत्रिक यंत्र है जो दाब को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसमें एक लचीला ट्यूब होता है जो दाब के प्रभाव से विकृत हो जाता है। इस विकृति को घड़ी की सुई या मीटर द्वारा मापते हैं।
• यह गेज दाब को मापने के लिए उपयुक्त है और विशेषकर उन स्थानों पर उपयोग किया जाता है जहाँ दाब बहुत अधिक हो।

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1.2.5 Concept of Total Pressure on Immersed Bodies, Center of Pressure (immersed bodies पर कुल दाब, दाब के केंद्र का सिद्धांत)

• कुल दाब (Total Pressure): जब किसी शरीर को तरल में पूरी तरह से डूबा हुआ होता है, तो उस पर लगने वाला दाब उस शरीर के सभी हिस्सों पर विभिन्न ऊँचाईयों के कारण भिन्न होता है।

  • कुल दाब $P_{\text{total}}$ को निम्नलिखित सूत्र से व्यक्त किया जाता है:
  $$P_{\text{total}} = \rho g A h_{\text{cm}}$$

  जहाँ $\rho$ = तरल का घनत्व, $A$ = शरीर का क्षेत्रफल, $h_{\text{cm}}$ = केंद्र से दाब का बिंदु।

• दाब का केंद्र (Center of Pressure): यह वह बिंदु होता है जहाँ पर शरीर पर लगने वाला कुल दाब उत्पन्न होता है। इसे निम्नलिखित सूत्र से मापा जाता है:

  $$h_{\text{cp}} = \frac{I_G + A h_{\text{cm}}^2}{A h_{\text{cm}}}$$

  जहाँ:

  • $h_{\text{cp}}$ = दाब का केंद्र
  • $I_G$ = शरीर के स्थानांतरणीय जड़ता का मोमेंट
  • $A$ = क्षेत्रफल

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1.2.6 Simple Problems on Manometers (मैनोमीटर पर सरल समस्याएँ)

• समस्या 1: एक U-ट्यूब मैनोमीटर में पानी और पारे का मिश्रण है। दाब के अंतर के कारण पारे का स्तर 10 सेंटीमीटर बढ़ता है। अगर पारे का घनत्व 13,600 kg/m³ और पानी का घनत्व 1,000 kg/m³ है, तो मापे गए दाब का मान क्या होगा?

  समाधान:

  • $h_{\text{mercury}} = 0.1 \, \text{m}$
  • $\rho_{\text{mercury}} = 13,600 \, \text{kg/m}^3$
  • $\rho_{\text{water}} = 1,000 \, \text{kg/m}^3$

  दाब का मान:

  $$P = \rho_{\text{mercury}} \cdot g \cdot h_{\text{mercury}} = 13,600 \cdot 9.81 \cdot 0.1 = 13,369.6 \, \text{Pa}$$

  तो मापे गए दाब का मान 13,369.6 Pa है।

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सारांश:

1. Surface Tension और Capillarity तरल पदार्थों के गुण हैं जो तरल की सतह पर बल उत्पन्न करते हैं।
2. Fluid Pressure वह बल है जो तरल के किसी बिंदु पर उस सतह पर कार्य करता है। इसे मापने के लिए विभिन्न यंत्र जैसे Manometer और Bourdon Gauge का प्रयोग किया जाता है।
3. Center of Pressure और Total Pressure उन महत्वपूर्ण सिद्धांतों में से हैं, जो डूबे हुए शरीर पर दाब की पहचान करते हैं।
4. Manometers दाब मापने के लिए सरल और प्रभावी यंत्र होते हैं।