- Trang Chủ
- Khoa học tự nhiên
- Khóa luận tốt nghiệp đại học: Sử dụng tiếng Anh cho vật lý trong phân dạng bài tập phần cơ học chất lưu
Xem mẫu
- TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ
---------------------
ĐỖ PHƢƠNG THẢO
SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ
TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN
CƠ HỌC CHẤT LƢU
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Vật lý đại cƣơng
HÀ NỘI, 2018
- TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ
KHOA VẬT LÝ
---------------------
---------------------
ĐỖ PHƢƠNG THẢO
ĐỖ PHƢƠNG THẢO
SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ
SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ
TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN
TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN
CƠ HỌC CHẤT LƢU
CƠ HỌC CHẤT LƢU
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Vật lý đại cƣơng
Chuyên ngành: Vật lý đại cƣơng
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
GV. ThS HOÀNG VĂN QUYẾT
GV. ThS HOÀNG VĂN QUYẾT
HÀ NỘI, 2018
- LỜI CẢM ƠN
Trƣớc khi trình bày nội dung chính của khóa luận, tôi xin tỏ lòng biết ơn
sâu sắc tới ThS. Hoàng Văn Quyết ngƣời đã định hƣớng chọn đề tài và tận
tình hƣớng dẫn để tôi có thể hoàn thành khóa luận này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo giảng
dạy chuyên ngành Vật lý đại cƣơng trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội 2 đã giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm khóa luận.
Cuối cùng, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè
đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện về mọi mặt trong quá trình học tập để
tôi hoàn thành khóa luận này.
Hà Nội, tháng 05 năm 2018
Sinh viên
Đỗ Phương Thảo
- LỜI CAM ĐOAN
Dƣới sự hƣớng dẫn của ThS. Hoàng Văn Quyết khóa luận tốt nghiệp đại
học chuyên ngành Vật lí đại cƣơng với đề tài “Sử dụng tiếng anh cho vật lí
trong phân dạng bài tập phần cơ học chất lƣu” đƣợc hoàn thành bởi chính sự
nhận thức của bản thân, không trùng với bất cứ khóa luận nào khác.
Trong khi nghiên cứu khóa luận, tôi đã kế thừa những thành tựu của các
nhà khoa học với sự trân trọng và biết ơn.
Hà Nội, tháng 05 năm 2018
Sinh viên
Đỗ Phương Thảo
- MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
1.Lí do chọn đề tài..................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu đề tài ................................................................... 2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu......................................................... 2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................ 2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 2
6. Đóng góp của đề tài ............................................................................. 2
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THYẾT.............................................................. 3
1.1. TĨNH HỌC CHẤT LƢU ................................................................ 3
1.1.1. Một số khái niệm mở đầu ............................................................... 3
1.1.2. Phƣơng trình cân bằng của chất lƣu. .............................................. 4
1.1.3. Sự phân bố áp suất trong chất lƣu................................................... 5
1.1.4. Nguyên lí Pascal. ............................................................................ 6
1.1.5. Định luật Archimedes. .................................................................... 6
1.2. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƢU LÍ TƢỞNG. ................................ 7
1.2.1. Một số khái niệm. ........................................................................... 7
1.2.2. Phƣơng trình liên tục....................................................................... 8
1.2.3. Định luật Bernoulli.......................................................................... 9
1.2.4. Hệ quả và ứng dụng của định luật Bernoulli. ............................... 10
1.3. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƢU THỰC ....................................... 11
1.3.1. Định luật Poiseuille. ...................................................................... 11
1.3.2. Số Reynolds .................................................................................. 12
1.4. CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN TRONG CHẤT LƢU ......... 12
- 1.4.1. Lực cản ma sát .............................................................................. 13
1.4.2. Lực cản áp suất ............................................................................. 13
1.4.3. Lực nâng ....................................................................................... 14
CHƢƠNG 2: PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN CƠ HỌC CHẤT LƢU . 15
2.1. Exercises about pressure and the Pascal’s Principle..................... 15
2.2. Exercises about buoyancy and Archimedes’s Principle. ............. 19
2.3. Exercises about fluid flow and the equation of continuity. ......... 23
2.4. Exercises about Bernoulli’s Equation. .......................................... 25
2.5. Exercises about Poiseuille’s Equation. ......................................... 28
2.6. Exercises about friction resistance, pressure resistance, viscosity30
KẾT LUẬN ............................................................................................. 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................... 37
- MỞ ĐẦU
1.Lí do chọn đề tài
Thời đại mà chúng ta đang sống là thời đại phát triển bùng nổ của tri
thức nhân loại. Sống trong thời đại ấy mỗi dân tộc đều phải tìm cách hội nhập.
Khó khăn chung của đại đa số các nƣớc đang phát triển là do điều kiện lịch sử
mang lại, khoảng cách với các nƣớc phát triển không những đã lớn mà còn có
khuynh hƣớng ngày càng lớn hơn và đất nƣớc ta cũng không nằm ngoài
những khó khăn chung đó.Vì vậy để đẩy nhanh tốc độ chúng ta cần phải học
hỏi kinh nghiệm của các nƣớc tiên tiến và vận dụng một cách sáng tạo để tìm
ra con đƣờng phát triển riêng.
Trong chiến lƣợc xây dựng và phát triển, yếu tố đóng vai trò quyết định
sự phát triển thành công là con ngƣời. Với yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực có
trình độ cao đáp ứng với sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc,
giáo dục - đào tạo đang đối mặt với những thách thức lớn điều đó đòi hỏi
ngành giáo dục cần tạo ra những bƣớc tiến mới trong sự nghiệp phát triển
giáo dục đào tạo: không ngừng đổi mới giáo dục về cả nội dung, phƣơng pháp
và hình thức tổ chức; chú trọng nâng cao chất lƣợng đào tạo nguồn nhân lực
đặc biệt là nguồn nhân lực chất lƣợng cao nhằm đáp ứng yêu cầu của xã hội.
Cụ thể trong việc Bộ giáo dục xuất bản và đƣa sách song ngữ vào giảng dạy
thay thế cho sách sử dụng tiếng mẹ đẻ trƣớc đây.
Trên thực tế việc lồng ghép tiếng anh vào giảng dạy ở các môn học nói
chung và môn vật lý nói riêng thực sự là điều rất cần thiết và trở nên cấp bách
hơn bao giờ hết. Trƣớc những nhu cầu đó của xã hội, tôi quyết định chọn“ Sử
dụng tiếng anh cho vật lý trong phân dạng bài tập phần cơ học chất lƣu” làm
đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình.
1
- 2. Mục đích nghiên cứu đề tài
- Phân dạng bài tập phần cơ học chất lƣu bằng tiếng anh.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng: Các kiến thức phần cơ học chất lƣu và tiếng anh cho
chuyên ngành Vật lý.
- Phạm vi: Xét trong Vật lý cổ điển
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Trình bày logic khoa học lý thuyết phần cơ học chất lƣu.
- Phân dạng các bài toán cơ học chất lƣu bằng tiếng anh.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Đọc, tra cứu và tổng hợp tài liệu.
6. Đóng góp của đề tài.
- Làm tài liệu tham khảo cho học sinh phổ thông và sinh viên.
2
- CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THYẾT
1.1. TĨNH HỌC CHẤT LƢU
1.1.1. Một số khái niệm mở đầu
Chất lƣu bao gồm chất lỏng và chất khí là những chất dễ chảy, dễ trƣợt.
Về mặt cơ học chất lƣu có thể quan niệm là một môi trƣờng liên tục tạo thành
bởi các chất điểm liên kết với nhau bằng những nội lực tƣơng tác (nói chung
là lực hút). Các chất lƣu có tính chất tổng quát sau:
- Chúng có hình dạng không xác định (phụ thuộc vào hình dạng của bình
chứa).
- Các chất lƣu bao gồm các chất lƣu dễ nén (chất khí) và các chất lƣu
khó nén (chất lỏng). Khi chất lƣu bị nén (hay giãn) trong chất lƣu xuất hiện
những lực đàn hồi tác dụng, gọi là lực biến dạng đàn hồi thể tích.
- Khi một chất lƣu chuyển động, giữa các lớp chất lƣu chuyển động với
những vận tốc khác nhau, có những lực tƣơng tác gọi là lực nội ma sát hay lực
nhớt. Nếu có hai lớp chất lƣu chuyển động với những vận tốc lần lƣợt là v1 và
v2 , giả sử v1 v2 . Khi đó lực nội ma sát tác dụng lên lớp chất lƣu có vận tốc
v1 ngƣợc chiều chuyển động và tác dụng lên lớp chất lƣu có vận tốc v2 cùng
chiều chuyển động. Lực này còn đƣợc gọi là lực biến dạng đàn hồi trƣợt.
Chất lưu lí tưởng: Chất lƣu lí tƣởng là chất lƣu hoàn toàn không nén
đƣợc và trong chất ấy không có lực nhớt tác dụng. Nói cách khác, trong chất
lƣu lí tƣởng chỉ có lực biến dạng đàn hồi thể tích tác dụng mà không có lực
biến dạng đàn hồi trƣợt tác dụng.
Hệ quả: Lực tƣơng tác giữa các lớp chất lƣu lí tƣởng luôn luôn vuông
góc với mặt tiếp xúc giữa các lớp. Nói cách khác, lực tƣơng tác giữa các phần
tử chất lƣu lí tƣởng xung quanh lên phần tử chất lƣu ta xét luôn vuông góc với
bề mặt.
3
- Một chất lƣu không lí tƣởng gọi là một chất lƣu thực. Theo định nghĩa
nhƣ vậy thì mọi chất lƣu đều là chất lƣu thực. Tuy nhiên, một chất lỏng rất
linh động (không nhớt) và vận tốc chuyển động giữa các lớp chất lƣu là nhỏ
có thể tạm coi là chất lƣu lí tƣởng.
1.1.2. Phƣơng trình cân bằng của chất lƣu
Xét một phần tử chất lƣu có dạng hình trụ, trục của nó song song với trục
0x , diện tích đáy là dS , chiều dài dx .
Lực tác dụng lên phần tử này có
hai loại: lực mặt và lực khối. Lực mặt là
lực của các phần tử xung quanh tác dụng
lên phần tử này, luôn vuông góc với mặt
giới hạn của nó. Lực khối là lực tác
dụng lên toàn thể tích phần tử chất lƣu
ta xét. Trong trƣờng trọng lực, lực khối
chính là trọng lực tác dụng lên phần tử đó. Hình 1.1
Ftl dmg dV .g (1)
Trong đó: : khối lƣợng riêng của chất lƣu.
dV : thể tích của phần tử chất lƣu.
Hình chiếu của lực mặt trên phƣơng trục 0x tác dụng lên phần tử chất
lƣu chính bằng hợp lực tác dụng lên hai đáy là p x dS và p x dx dS . Các lực
tác dụng lên mặt xung quanh đều vuông góc với 0x nên hình chiếu của chúng
lên 0x bằng không, p là áp suất. Vậy, hình chiếu của lực mặt tác dụng lên
phần tử này trên trục 0x là:
P P
P x P x dx dS dP.dS dx.dS .dV
x x
4
- Ta thấy tổng hình chiếu này tỉ lệ với dV , nên ta có hình chiếu của lực
mặt tác dụng lên một đơn vị thể tích chất lƣu trên phƣơng trục 0x là:
P
F x
x
Lực này xuất hiện do sự thay đổi của áp suất trong lòng chất lƣu.
Tƣơng tự ta có hình chiếu của lực mặt tác dụng lên một đơn vị thể tích
P P
chất lƣu trên phƣơng 0 y và 0z là: Fy ; Fz .
y z
Nhƣ vậy lực mặt F tác dụng lên môt đơn vị thể tích chất lƣu là:
P P P
F i j k hay F gradP
x y z
Lực mặt tác dụng lên phần tử chất lƣu thể tích dV là:
F .dV gradP.dV
(2)
Khi chất lƣu ở trạng thái cân bằng, tổng các lực tác dụng lên từng phần
tử của chất lƣu phải bằng không. Từ 1 , 2 ta có:
gradP.dV gdV 0,
hay gradP g. (3)
Phƣơng trình 3 là phƣơng trình thủy tĩnh học hay phƣơng trình cân
bằng của chất lƣu.
1.1.3. Sự phân bố áp suất trong chất lƣu.
Ở trạng thái cân bằng, áp suất chất
lƣu là nhƣ nhau trên mỗi mặt phẳng nằm
ngang (mặt đẳng áp là những mặt phẳng
ngang). Mặt thoáng chất lƣu phải là một
mặt phẳng nằm ngang vì nó chính là một Hình 1.2
5
- mặt đẳng áp có áp suất bằng áp suất khí quyển. Vậy, mặt thoáng chất lƣu cân
bằng không phụ thuộc vào hình dạng của bình chứa. Nếu bình gồm nhiều
nhánh thông nhau thì mặt thoáng trong các nhánh phải có cùng độ cao
(nguyên tắc bình thông nhau) tất nhiên ở đây ta đã bỏ qua sự dính ƣớt.
Sự phụ thuộc áp suất vào độ sâu:
P P0 gz. (4)
Trong đó: P0 là áp suất tại mặt thoáng z 0
z là độ sâu của điểm khảo sát đối với mặt thoáng.
Từ 4 ta có hiệu áp suất giữa hai điểm A và B có độ sâu z A và z B là:
PA PB g z A zB .
Kết luận: Hiệu áp suất giữa hai điểm trong chất lƣu cân bằng có giá trị
bằng trọng lƣợng của cột chất lƣu có tiết diện bằng một đơn vị diện tích có độ
cao bằng hiệu độ sâu giữa hai điểm đấy.
1.1.4. Nguyên lí Pascal
Nguyên lí: Trong một chất lƣu lí tƣởng ở trạng thái cân bằng thì áp suất
tại mỗi điểm là nhƣ nhau theo mọi phƣơng và bất kỳ một độ tăng áp suất nào
cũng đƣợc truyền nguyên vẹn cho mọi điểm trong toàn khối chất lƣu.
Ứng dụng: Nguyên lí Pascal đƣợc vận dụng làm máy ép thủy tĩnh, áp kế,
…
1.1.5. Định luật Archimedes
Ta tách tƣởng tƣợng một phần tử chất lƣu thể tích dV chứa trong mặt
kín S bất kỳ. Tác dụng lên phần tử chất lƣu này, trong trƣờng trọng lực,
gồm có:
- Lực khối, chính là trọng lực tác dụng lên khối chất lƣu P dV . g , có
điểm đặt tại trọng tâm G của nó.
6
- - Lực mặt tác dụng vuông góc với mặt S tại mỗi điểm, phần mặt S ở
càng sâu chịu tác dụng càng lớn. Do đó, tổng lực mặt tác dụng lên khối chất
lƣu hƣớng lên trên và có độ lớn là: FdV FA .
Khi chất lƣu cân bằng, tổng các lực tác dụng lên khối chất lƣu bằng
không:
FA P 0 FA P.
FA phải có điểm đặt cũng tại
khối tâm G.
Nếu thay phần tử chất lƣu dV
bằng một vật nào đó cũng có thể tích
và hình dạng nhƣ phần tử chất lƣu thì
nó cũng chịu tác dụng một lực đẩy
đúng nhƣ vậy. Từ đó Archimedes đã
phát biểu thành định luật đƣợc gọi là
Định luật Archimedes.
Nội dung định luật: Bất cứ một Hình 1.3
vật rắn nào nằm trong chất lƣu đều chịu tác dụng một lực đẩy từ dƣới lên trên,
lực này có điểm đặt tại trọng tâm của phần chất lƣu bị vật choán chỗ và có
cƣờng độ bằng trọng lƣợng của phần chất lƣu bị vật ấy choán chỗ.
Nhận xét:
+ FA : lực đẩy Archimedes, điểm đặt của lực đẩy Archimedes đƣợc gọi
là tâm đẩy A .
+ Lực đẩy Archimedes ngƣợc chiều với trọng lực tác dụng lên vật nên
khi vật nhúng trong chất lƣu thì trọng lƣợng của vật bị giảm đi một lƣợng
đúng bằng trọng lƣợng của phần chất lƣu bi vật choán chỗ.
1.2. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƢU LÍ TƢỞNG
1.2.1. Một số khái niệm
7
- Để khảo sát chuyển động của chất lƣu ở trạng thái dừng ngƣời ta dựa
vào khái niệm đƣờng dòng và ống dòng.
Đường dòng: Đƣờng dòng là những đƣờng cong mà tiếp tuyến với nó tại
mỗi điểm trùng với giá của vectơ vận tốc hạt chất lƣu tại điểm đó ở thời điểm
ta xét.
Ống dòng: Các đƣờng dòng tựa trên một đƣờng cong khép kín tạo thành
một cái ống đƣợc gọi là ống dòng.
Các đƣờng dòng không cắt nhau, do vậy một hạt chất lƣu chuyển động
bên trong một ống dòng không thể chui ra ngoài ống đƣợc và ngƣợc lại.
1.2.2. Phƣơng trình liên tục
Xét một ống dòng có tiết diện đủ
nhỏ sao cho vận tốc của các hạt chất
lƣu ở mỗi tiết diện của ống đƣợc coi là
nhƣ nhau. Lƣợng chất lƣu chảy qua
tiết diện S1 và S 2 của ống trong thời
gian dt là:
dm1 1S1v1dt , Hình 1.4
dm2 2 S2v2 dt.
Đối với chất lƣu lí tƣởng (không nén đƣợc) 1 2 khi chất lƣu chuyển
động dừng đƣờng dòng và do vậy ống dòng không biến dạng theo thời gian,
do đó dm1 dm2 . Suy ra: S1v1 S2v2 .
Định luật: Trong một ống dòng tích giữa vận tốc và tiết diện ngang của
ống dòng ở mỗi vị trí bất kỳ là nhƣ nhau.
Phương trình: S1v1 S2v2 5
5 chính là phƣơng trình liên tục biểu thị định luật bảo toàn dòng
chất lƣu.
8
- Hệ quả: ở nơi tiết diện ngang của ống dòng càng nhỏ (đƣờng dòng càng
mau) vận tốc của chất lƣu càng lớn và ngƣợc lại.
1.2.3. Định luật Bernoulli
Xét chuyển động của một khối
chất lƣu ở trạng thái dừng trong một
ống dòng giới hạn bởi hai tiết diện S1
và S 2 trong trƣờng trọng lực. Giả thiết
ống dòng đủ nhỏ để vận tốc và áp suất
ở mỗi tiết diện là không đổi.
Gọi P1 , v1 là áp suất và vận tốc
chất lƣu ở tiết diện S1 ; Hình 1.5
P2 , v2 là áp suất và vận tốc chất lƣu ở tiết diện S 2 .
Ta có độ biến thiên cơ năng của đoạn ống ấy trong khoảng thời gian dt là:
mv22 mv12
E mgh2 mgh1
2 2
Theo định luật biến thiên cơ năng thì độ biến thiên ấy bằng công của
ngoại lực tác dụng lên lƣợng chất lƣu đó:
E A trong đó: A là công của áp lực tác dụng lên hai đầu ống S1
và S 2
Do đó: A A1 A2 PS v dt P2 S2v2dt
1 1 1
Từ phƣơng trình liên tục ta có: S1v1 S2v2 do vậy S1v1dt S 2v2dt V
V là thể tích phần tử chất lƣu có khối lƣợng m . Vậy:
1 1
mv22 mgh2 P2 V mv12 mgh1 P1V
2 2
m
Chia hai vế cho V và lƣu ý là khối lƣợng riêng của chất lƣu
V
ta đƣợc:
9
- 1 2 1
v2 gh2 P2 v12 gh1 P1
2 2
Vì S1 , S2 đƣợc chọn tùy ý do vậy ta có thể nói đại lƣợng
1 2
v gh P có giá trị nhƣ nhau tại mọi tiết diện của ống dòng.
2
Kết luận trên càng chính xác khi tiết diện của ống dòng càng nhỏ để có
thể coi tại mọi tiết diện của ống áp suất và vận tốc của các hạt chất lƣu là nhƣ
nhau. Điều đó chỉ hoàn toàn đúng khi tiết diện của ống dòng tiến tới không,
nghĩa là ống dòng thu về một đƣờng dòng. Vậy ta có thể biểu diễn kết quả
trên một cách chính xác nhƣ sau:
Dọc theo một đường dòng ở trạng thái dừng thì đại lượng
1 2
v gh P của chất lưu lí tưởng là một hằng số.
2
1
P v 2 gh constant (6)
2
6 là phƣơng trình của định luật Bernoulli (Bec-nu-li) do Bernoulli
thiết lập vào năm 1738 .
1.2.4. Hệ quả và ứng dụng của định luật Bernoulli.
Công thức Torricelli
Xét một bình chứa chất lƣu có một lỗ nhỏ
S ở phía dƣới có độ sâu h đối với mặt thoáng
chất lƣu. Phƣơng trình viết cho tiết diện S0
của bình và tiết diện S1 của lỗ nhỏ là:
1 1
P1 v12 gh1 P0 v02 gh0
2 2
Trong đó: P1 P2 Pkq (áp suất khí
quyển). Hình 1.6
10
- S1
Vì S0 S1 , từ phƣơng trình liên tục ta có: v0 v1 0
S0
1 2
Suy ra: v1 gh1 gh0
2
Vậy: v1 2 g h0 h1 hay v1 2 gh 7
Với h h0 h1 là độ sâu của lỗ nhỏ đối với mặt thoáng của chất lƣu trong
bình. Vận tốc tia nƣớc thoát ra khỏi lỗ nhỏ có giá trị bằng vận tốc mà một vật
rơi tự do đạt đƣợc sau khi cũng đi đƣợc độ cao h .
Công thức 7 đƣợc gọi là công thức Torricelli.
Hiện tƣợng vòi phun
Ta biết, trong ống dòng nằm ngang chỗ
nào có tiết diện nhỏ thì vận tốc đƣờng dòng
lớn và áp suất tĩnh nhỏ. Hiên tƣợng này đƣợc
ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật và sinh hoạt
hàng ngày. Hình 1.7 mô tả một bơm phun.
Luồng khí chuyển động trong một ống từ A
đến M . Tại M vì tiêt diện của ống nhỏ nên
áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển. Chất lỏng Hình 1.7
trong bình đƣợc hút lên M và phun ra ngoài
cùng luồng khí.
Hiện tƣợng phun đƣợc ứng dụng vào chế tạo bộ hòa khí (cacbuaratơ) của
động cơ đốt trong, chế tạo các loại bình bơm nhƣ bình bơm thuốc trừ sâu,
bình xịt nƣớc hoa, súng phun sơn, ….
1.3. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƢU THỰC
1.3.1. Định luật Poiseuille.
R 4 P1 P2
Phương trình: Q
8l
11
- Trong đó : R : bán kính bên trong của ống.
l : chiều dài của ống.
P1 P2 : sự chênh lệch áp suất.
: hệ số độ nhớt.
Q : tốc độ dòng chảy.
Nội dung: Lƣợng chất lƣu chảy qua một ống thẳng trong một đơn vị thời
gian tỉ lệ với hiệu áp suất ở hai đầu ống, tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của bán kính
ống, tỷ lệ nghịch với độ dài ống và hệ số nhớt của chất lƣu.
1.3.1. Số Reynolds
Bằng thực nghiệm khi nghiên cứu chuyển động của chất lƣu trong một
ống Reynolds đã tìm thấy tính chất của dòng chảy phụ thuộc vào một đại
lƣợng không thứ nguyên Re đƣợc gọi là số Reynolds .
vL
Re
Trong đó: L là một đại lƣợng đặc trƣng cho kích thƣớc ngang của ống.
là khối lƣợng riêng của chất lƣu.
v là vận tốc trung bình theo tiết diện ống.
là hệ số nhớt của chất lƣu.
1.4. CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN TRONG CHẤT LƢU
Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi có sự chuyển động tƣơng đối của vật đối
với chất lƣu thì xuất hiện các lực tác dụng lên vật mà hợp lực của nó đƣợc kí
hiệu là R .
Ngƣời ta phân tích R thành hai thành phần.
+ Một thành phần hƣớng ngƣợc chiều chuyển động của vật rắn
với chất lƣu đƣợc gọi là lực cản.
12
- + Một thành phần hƣớng vuông góc với phƣơng chuyển động
đƣợc gọi là lực nâng.
Ngƣời ta phân biệt hai loại lực cản: lực cản ma sát (lực nhớt) và lực cản
áp suất.
1.4.1. Lực cản ma sát
Trƣờng hợp vận tốc tƣơng đối bé thì
chất lƣu chảy thành lớp. Xét một vật hình
cầu bán kính r chuyển động đối với chất
lƣu ta thấy các lớp chất lƣu chuyển động
quanh vật một cách đối xứng. Lực cản tác
dụng ở đây chỉ là lực ma sát – lực nhớt
Hình 1.8
F
ms
tác dụng lên vật.
Biểu thức của lực cản ma sát phải có dạng: Fms kv0r
Hệ số tỉ lệ k phụ thuộc vào hình dạng của vật. Thực nghiệm cho thấy đối
với vật hình cầu k 6 . Vậy khi một vật hình cầu chuyển động trong chất
lƣu thực với vận tốc v0 nhỏ thì chịu tác dụng của lực nhớt có giá trị:
Fms 6 rv0 8
Công thức 8 đƣợc gọi là công thức S tốc.
1.4.2. Lực cản áp suất
Thực nghiệm cho thấy khi vận tốc
tăng đến giá trị ứng với số Reynolds dạt
giá trị tới hạn Reth thì chế độ chảy thành
lớp của chất lƣu bị phá vỡ. Các đƣờng
dòng phía sau vật tách ra và tạo thành
những cuộn xoáy, sự đối xứng của đƣờng
Hình 1.9
13
- dòng xung quanh vật bị phá vỡ, do vậy làm mất tính đối xứng của trƣờng áp
suất bao quanh vật hình cầu.
Từ thực nghiệm và lí thuyết (dựa trên công thức định luật Bernoulli) cho
thấy lực cản áp suất phụ thuộc vào khối lƣợng riêng của chất lƣu và bình
phƣơng vận tốc chuyển động tƣơng đối giữa vật và chất lƣu v 2 và chế độ
xoáy tức hình dạng kích thƣớc của vật.
1
Biểu thức của lực cản áp suất: Fa s CS v 2
2
Trong đó: S là tiết diện ngang lớn nhất của vật.
C là hệ số tỷ lệ phụ thuộc hình dạng của vật.
1.4.3. Lực nâng
Vật chuyển động trong chất lƣu
ngoài lực cản còn có lực nâng hay lực hạ
tùy theo hình dạng của vật.
Khảo sát chuyển động của vật có
dạng nửa hình trụ chuyển động trong
chất lƣu lí tƣởng Fnh 0 . Từ sự phân
bố đƣờng dòng ta dễ dàng thấy PA PB . Hình 1.10
Do vậy, hợp lực của áp lực tác dụng lên vật cho ta lực F hƣớng từ dƣới lên
trên. Lực này gọi là lực nâng.
Lực nâng đƣợc vận dụng trong kỹ thuật chế tạo các loại máy bay, tầu
ngầm.
14
nguon tai.lieu . vn