- 27 Tháng hai 2017
- 2,140
- 4,212
- 644
- 19
- Cần Thơ
- THPT Chuyên Lý Tự Trọng
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!
ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.
Trong cuộc sống có rất nhiều hiện tượng liên quan đến chất lưu, chúng ta thường nghe đến định nghĩa áp suất chất lỏng hay các định luật như định luật Pascal, định luật Bernoulli. Qua phần chuyên đề “Cơ học chất lưu” này ta sẽ có thể hiểu rõ hơn về những điều đó.
1. Định nghĩa chất lưu.
- Chất lưu là chất có thể chảy, bao gồm cả chất lỏng, chất khí và plasma.
- Chất lưu là một hệ, gồm các phân tử sắp xếp một cách ngẫu nhiên, tương tác với nhau bằng một lực liên kết yếu và định hình được nhờ vào lực tác dụng của thành bình.
2. Đặc điểm của áp suất
a) Áp suất của chất lỏng
- Chất lỏng có đặc tính là nén lên các vật nằm trong nó. Áp lực chất lỏng nén lên vật có phương vuông góc với bề mặt tiếp xúc của vật. (Hình 1.1)
- Áp suất của chất lỏng chính là lực nén của chất lưu đó lên một đơn vị diện tích của bề mặt vật khác đặt trong nó. Độ lớn của áp suất khi đó được tính bằng công thức:
- Tại mỗi điểm của chất lỏng, áp suất theo mọi phương là như nhau.
- Áp suất ở những điểm có độ sâu khác nhau thì khác nhau.
- Đơn vị áp suất trong hệ SI là N/m^2, còn gọi là pascal (Pa): 1 Pa = 1 N/m^2
- Ngoài ra còn có các đơn vị khác của áp suất như:
Nếu độ sâu tăng thì áp suất cũng tăng và ở cùng độ sâu thì áp suất là như nhau.
- Định nghĩa của áp suất thủy tĩnh được biểu diễn bằng công thức:
- Trong đó
- Nguyên lí Pascal hay định luật Pascal được phát biểu như sau: Độ tăng áp suất lên một chất lỏng chứa trong bình kín được truyền nguyên vẹn cho mọi điểm của chất lỏng và của thành bình.
- Trong đó:
Nếu tăng một lượng Δp thì vì chất lỏng không chịu nén nên không đổi và gh không đổi áp suất p tăng cùng giá trị Δp. Vậy ở mọi điểm của chất lỏng và của thành bình áp suất cũng tăng một lượng Δp.
* Ứng dụng của nguyên lý Pascal
- Nguyên lý Pascal được áp dụng trong việc chế tạo các máy nén thủy lực, máy nâng, phanh (thắng) thủy lực trong các xe, ô tô,… Nguyên tắc hoạt động chung của các loại máy này ở hình 1.3.
- Một lực nhỏ F1 tác động vào piston nhỏ bên trái với diện tích bề mặt S1. Áp lực được truyền qua một chất lỏng không thể nén đến piston bên phải với diện tích bề mặt S2 lớn hơn. Bởi vì áp suất phải giống nhau ở cả hai bên nên:
[tex]p=\frac{f}{s}=\frac{F}{S}[/tex]
=> Lực F > f vì S > s
4. Đặc điểm chuyển động của chất lưu
a) Chuyển động của chất lưu
- Chuyển động của chất lưu có thể chia làm 2 loại chính: chảy ổn định (chảy thành dòng) và chảy không ổn định (chảy cuộn xoáy).Để chất lưu chảy ổn định (thành dòng) thì vận tốc dòng chảy là nhỏ.
- Giữa các lớp chất lưu tồn tại một lực tương tác khi chuyển động gọi là lực nội ma sát hay tính nhớt của chất lưu. Tính nhớt của chất lưu chỉ xuất hiện khi chất lưu chuyển động.Chất lưu thỏa mãn điều kiện chảy ổn định (thành dòng) và không nén, không có độ nhớt được gọi là chất lưu lí tưởng.
b) Đường dòng
- Đường dòng là những đường khi chất lưu chảy ổn định, mỗi phần tử của chất lưu chuyển động theo đường đó. (Hình 2.1)
- Tại các điểm khác nhau trên đường dòng, vận tốc của chất lưu có thể khác nhau nhưng tại một điểm nhất định của đường dòng thì vận tốc không đổi.
c) Ống dòng
- Ống dòng là tập hợp các đường dòng tựa trên một chu vi tưởng tượng trong chất lưu tạo thành một ống dòng. (Hình 2.2)
- Trong những điều kiện nhất định, có thể coi các ống dẫn nước, dẫn dầu,… là ống dòng.
d) Hệ thức giữa tốc độ và tiết diện trong một ống dòng. Lưu lượng chất lỏng
- Trong một ống dòng, tốc độ của chất lưu tỉ lệ nghịch với diện tích tiết diện của ống:
S1v1Δt = S2v2Δt
[tex]\Leftrightarrow \frac{v1}{v2}=\frac{S2}{S1}[/tex]
Từ công thức trên, ta có:
[TBODY] [/TBODY]
Trong đó: A là lưu lượng chất lỏng ([TEX]m^{3}/s[/TEX]) được định nghĩa bằng biểu thức:
[TBODY] [/TBODY]
- Khi chảy ổn định, lưu lượng chất lỏng trong một ống dòng là không đổi.
5. Định luật Bernoulli
- Định luật Bernoulli được phát biểu như sau:
Trong một ống dòng nằm ngang, tổng áp suất tĩnh và áp suất động tại một điểm bất kì là hằng số.
- Định luật Bernoulli tổng quát được phát biểu như sau:
Trong một dòng chảy ổn định tổng mọi dạng năng lượng trong chất lưu dọc theo đường dòng là như nhau tại mọi điểm trên đường dòng đó.
Trong đó:
Một số ứng dụng hay gặp nhất của định luật Bernoulli:
- Lực nâng cánh máy bay:
Khi một vật thể chuyển động xuyên qua một chất lưu thì nó sẽ bẻ cong các dòng chảy làm sinh ra lực nâng tác dụng lên vật đó. Một vài yếu tố ảnh hưởng lên lực nâng này là: hình dạng của vật, sự định hướng của vật so với dòng chảy, chuyển động xoáy và kết cấu bề mặt của vật thể đó.
- Máy phun (hiện tượng Venturi):
Một dòng khí chạy qua phía trên của một ống hở hai đầu. Đầu còn lại của ống được nhúng vào một chất lỏng. Dòng khí chuyển động làm giảm áp suất phía trên ống. Chất lỏng dâng lên đến dòng khí. Chất lỏng bị phân tán vào trong ống phun dưới dạng các hạt nhỏ. Đó được gọi là hiện tượng Venturi.
1. Định nghĩa chất lưu.
- Chất lưu là chất có thể chảy, bao gồm cả chất lỏng, chất khí và plasma.
- Chất lưu là một hệ, gồm các phân tử sắp xếp một cách ngẫu nhiên, tương tác với nhau bằng một lực liên kết yếu và định hình được nhờ vào lực tác dụng của thành bình.
2. Đặc điểm của áp suất
a) Áp suất của chất lỏng
- Chất lỏng có đặc tính là nén lên các vật nằm trong nó. Áp lực chất lỏng nén lên vật có phương vuông góc với bề mặt tiếp xúc của vật. (Hình 1.1)
- Áp suất của chất lỏng chính là lực nén của chất lưu đó lên một đơn vị diện tích của bề mặt vật khác đặt trong nó. Độ lớn của áp suất khi đó được tính bằng công thức:
| [tex]p=\frac{F}{S}[/tex] |
- Áp suất ở những điểm có độ sâu khác nhau thì khác nhau.
- Đơn vị áp suất trong hệ SI là N/m^2, còn gọi là pascal (Pa): 1 Pa = 1 N/m^2
- Ngoài ra còn có các đơn vị khác của áp suất như:
- 1 atm = 1,03.105 Pa (Áp suất chuẩn của khí quyển)
- 1 Torr = 133,3 Pa = 1 mmHg; 1 atm = 760 mmHg (Áp suất của cột thủy ngân cao 1 mm ở [imath]0^{\circ}C[/imath] lên đáy)
Nếu độ sâu tăng thì áp suất cũng tăng và ở cùng độ sâu thì áp suất là như nhau.
- Định nghĩa của áp suất thủy tĩnh được biểu diễn bằng công thức:
| [tex]p=p0+\rho .g.h[/tex] |
- Trong đó
- p0 là áp suất khi quyển ở mặt thoáng chất lỏng (Pa)
- [imath]\rho[/imath] là khối lượng riêng của chất lỏng ([imath]kg/m^{3}[/imath])
- h là độ sâu (m)
- Nguyên lí Pascal hay định luật Pascal được phát biểu như sau: Độ tăng áp suất lên một chất lỏng chứa trong bình kín được truyền nguyên vẹn cho mọi điểm của chất lỏng và của thành bình.
| [math]p = png + \rho .g.h[/math] |
- Trong đó:
- png là áp suất khí quyển và áp suất của ngoại lực nén lên chất lỏng
Nếu tăng một lượng Δp thì vì chất lỏng không chịu nén nên không đổi và gh không đổi áp suất p tăng cùng giá trị Δp. Vậy ở mọi điểm của chất lỏng và của thành bình áp suất cũng tăng một lượng Δp.
* Ứng dụng của nguyên lý Pascal
- Nguyên lý Pascal được áp dụng trong việc chế tạo các máy nén thủy lực, máy nâng, phanh (thắng) thủy lực trong các xe, ô tô,… Nguyên tắc hoạt động chung của các loại máy này ở hình 1.3.
- Một lực nhỏ F1 tác động vào piston nhỏ bên trái với diện tích bề mặt S1. Áp lực được truyền qua một chất lỏng không thể nén đến piston bên phải với diện tích bề mặt S2 lớn hơn. Bởi vì áp suất phải giống nhau ở cả hai bên nên:
[tex]p=\frac{f}{s}=\frac{F}{S}[/tex]
=> Lực F > f vì S > s
| [tex]\frac{F1}{S1}=\frac{F2}{S2}[/tex] |
4. Đặc điểm chuyển động của chất lưu
a) Chuyển động của chất lưu
- Chuyển động của chất lưu có thể chia làm 2 loại chính: chảy ổn định (chảy thành dòng) và chảy không ổn định (chảy cuộn xoáy).Để chất lưu chảy ổn định (thành dòng) thì vận tốc dòng chảy là nhỏ.
- Giữa các lớp chất lưu tồn tại một lực tương tác khi chuyển động gọi là lực nội ma sát hay tính nhớt của chất lưu. Tính nhớt của chất lưu chỉ xuất hiện khi chất lưu chuyển động.Chất lưu thỏa mãn điều kiện chảy ổn định (thành dòng) và không nén, không có độ nhớt được gọi là chất lưu lí tưởng.
b) Đường dòng
- Đường dòng là những đường khi chất lưu chảy ổn định, mỗi phần tử của chất lưu chuyển động theo đường đó. (Hình 2.1)
- Tại các điểm khác nhau trên đường dòng, vận tốc của chất lưu có thể khác nhau nhưng tại một điểm nhất định của đường dòng thì vận tốc không đổi.
c) Ống dòng
- Ống dòng là tập hợp các đường dòng tựa trên một chu vi tưởng tượng trong chất lưu tạo thành một ống dòng. (Hình 2.2)
- Trong những điều kiện nhất định, có thể coi các ống dẫn nước, dẫn dầu,… là ống dòng.
d) Hệ thức giữa tốc độ và tiết diện trong một ống dòng. Lưu lượng chất lỏng
- Trong một ống dòng, tốc độ của chất lưu tỉ lệ nghịch với diện tích tiết diện của ống:
S1v1Δt = S2v2Δt
[tex]\Leftrightarrow \frac{v1}{v2}=\frac{S2}{S1}[/tex]
Từ công thức trên, ta có:
| [tex]v1.S1=v2.S2=A=const[/tex] (không đổi) |
Trong đó: A là lưu lượng chất lỏng ([TEX]m^{3}/s[/TEX]) được định nghĩa bằng biểu thức:
| A=v.S |
- Khi chảy ổn định, lưu lượng chất lỏng trong một ống dòng là không đổi.
5. Định luật Bernoulli
- Định luật Bernoulli được phát biểu như sau:
Trong một ống dòng nằm ngang, tổng áp suất tĩnh và áp suất động tại một điểm bất kì là hằng số.
| [tex]p+\frac{1}{2}.\rho .v^{2}=const[/tex] |
Trong một dòng chảy ổn định tổng mọi dạng năng lượng trong chất lưu dọc theo đường dòng là như nhau tại mọi điểm trên đường dòng đó.
| [tex]p+\frac{1}{2}.\rho .v^{2}+\rho.g.h=const[/tex] |
Trong đó:
- p : áp suất chất lưu tại một điểm bất kỳ trong dòng chảy. (Pa)
- [imath]\frac{1}{2}.\rho .v^{2}[/imath] là áp suất động của chất lỏng
- ρ : mật độ khối lượng của chất lưu. (kg/m3)
- h : độ cao của ống tiết diện đó. (m)
- v : vận tốc dòng chảy tại tiết diện đó. (m/s)
Một số ứng dụng hay gặp nhất của định luật Bernoulli:
- Lực nâng cánh máy bay:
Khi một vật thể chuyển động xuyên qua một chất lưu thì nó sẽ bẻ cong các dòng chảy làm sinh ra lực nâng tác dụng lên vật đó. Một vài yếu tố ảnh hưởng lên lực nâng này là: hình dạng của vật, sự định hướng của vật so với dòng chảy, chuyển động xoáy và kết cấu bề mặt của vật thể đó.
- Máy phun (hiện tượng Venturi):
Một dòng khí chạy qua phía trên của một ống hở hai đầu. Đầu còn lại của ống được nhúng vào một chất lỏng. Dòng khí chuyển động làm giảm áp suất phía trên ống. Chất lỏng dâng lên đến dòng khí. Chất lỏng bị phân tán vào trong ống phun dưới dạng các hạt nhỏ. Đó được gọi là hiện tượng Venturi.
Last edited:
