Cơ học chất lỏng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.55 MB, 28 trang )
CƠ HỌC
Nghiên cứu về CHUYỂN ĐỘNG của các vật
THỦY TĨNH HỌC
THỦY ĐỘNG HỌC
THỦY TĨNH HỌC _ PASCAL
1. Áp suất
Áp suất là đại lượng vật lí đặc trưng
cho tác dụng của áp lực nén vng góc
lên một bề mặt có diện tích xác định.
F
p
S
•
•
•
•
Chất lỏng tác dụng một lực
nén vng góc lên mọi điểm
của một vật đặt trong nó
p: áp suất (Pa)
F: áp lực (lực nén, lực ép …) (N)
S: diện tích bề mặt chịu áp lực (m2)
Đơn vị của áp suất
1Pa=1N/1m2=760mmHg
Áp suất khí quyển (áp suất của khơng khí)= 1atm = 1,013.105 Pa = 1,013.105 (N/m2) tương đương
với áp lực của một vật có khối lượng hơn 10 tấn nén lên bề mặt của một vật có diện tích 1m2
Tại sao con người có thể chịu được áp suất lớn như vậy?
THỦY TĨNH HỌC _ PASCAL
THỦY TĨNH HỌC _ PASCAL
• Áp suất theo mọi phương là như nhau;
• Áp suất của chất lỏng thay đổi theo độ sâu;
• Áp suất trong lịng chất lỏng được gọi là áp suất thủy tĩnh hay áp suất tĩnh
(Đối với chất lỏng khơng chảy thành dịng)
THỦY TĨNH HỌC _ PASCAL
S
S
V= h.S = volume
S
THỦY TĨNH HỌC _ PASCAL
THỦY TĨNH HỌC _ PASCAL
v Biểu thức áp suất tĩnh trong lịng chất lỏng:
p p A gh
pA: áp suất tại mặt thống của
chất lỏng (Pa)
ρ : khối lượng riêng của chất
lỏng (kg/m3)
g: gia tốc rơi tự do (m/s2)
h: độ sâu trong lịng chất lỏng
tính từ mặt thống.
h1
h2
h3
THỦY TĨNH HỌC _ PASCAL
2. Ngun lý Pascal
Tại một điểm trong chất lỏng lý
tưởng cân bằng, áp suất theo mọi
phương là bằng nhau và áp suất từ
bất kỳ vị trí nào trong lịng chất lỏng
được truyền đi ngun vẹn theo mọi
phương cho tồn khối chất lỏng.
máy thủy lực
Vì S1 < S2 => F2 > F1 => bằng cách thay đổi diện tích bên trong lịng ống dẫn chất lỏng ta có thể tạo ra được
một áp lực rất lớn từ một áp lực nhỏ, nhờ đó mà ta có thể nâng được các vật có trọng lượng rất lớn nhờ tác
dụng bằng một lực vừa đủ.
THỦY TĨNH HỌC _ ARCHIMEDES
v Định luật Archimedes
Mọi vật nhúng trong chất lỏng lý tưởng ở
trạng thái cân bằng đều bị chất lỏng đó tác
dụng một lực đẩy lên phía trên. Lực này
có độ lớn bằng trọng lượng của thể tích
chất lỏng bị chiếm chỗ và đặt tại trọng tâm
của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
F = d. V= �.g.V
d: trọng lượng riêng
g: gia tốc trọng trường (m/s2)
�: khối lượng riêng của chất lỏng(kg/m3)
THỦY TĨNH HỌC _ ARCHIMEDES
v Lực đẩy Archimedes là lực tác động bởi một chất lưu (chất lỏng và chất
khí) lên vật đặt trong chất lưu đó.
v Lực đẩy Archimedes cùng phương, ngược hướng với trọng lực và quyết
định đến sự nổi của một vật.
F = �.g.V
Thuyền to thuyền nặng hơn kim
thế mà thuyền nổi kim chìm tại sao?
o Vật chuyển động xuống
dưới (chìm):
P > F
o Vật đứng cân bằng trong
chất lưu (lơ lửng):
P = F
o Vật chuyển động lên trên:
P < F
Bài tốn cụ thể: Một cây kim hình trụ chiều dài 5cm = 0,05m, tiết diện 1mm2=10-6m2 khối
lượng 5g = 5.10-3kg; tàu chở dầu nặng 260,941 tấn = 260941kg bằng sắt hình hộp chữ nhật
chiều dài 458,45 m; 68,8 m cao 50 m . Tính trọng lực và lực đẩy Archimedes tác dụng vào
kim và tàu trong trường hợp tàu và kim ngập hồn tồn trong nước; biết khối lượng riêng
của sắt 7850 kg/m3; khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3 lấy g = 10m/s2
Ta có:
Pkim= mg =5.10-3.10 = 50.10−3(N)
Fkim= ρgV= 1000.10.0,05.10-6 = 5.10-4 (N)
Fkim< Pkim => kim chìm
Ptàu= mg = 260941.10 = 2609410 (N)
Ftàu= �gV = 1000.10.458,45.68,8.50 = 15770680000 (N)
Ftàu> Ptàu => tàu sẽ nổi
=> khối lượng riêng của chất lưu và thể tích vật chiếm chỗ trong chất lưu sẽ quyết định đến sự nổi
của một vật trong chất lưu.
Tàu có trọng tải lớn hơn kim tuy nhiên tàu có các khoang trống lớn giúp tăng thể tích của
tàu từ đó tăng độ lớn của lực đẩy Archimede đây là ngun nhân chính dẫn đến sự nổi của
tàu trên mặt nước.
THỦY ĐỘNG HỌC _ BERNOULLI
Chuyển
của chất lỏng ng dòng
1. Chuyển động của1/chất
lỏng động
lí tưởng
vChất lỏng lí tưởng: chất lỏng khơng nén được và chảy ổn định thành dịng.
THỦY ĐỘNG HỌC _ BERNOULLI
2. Đường dòng, ống dòng
v Đường dịng: (trong một dịng ổn định) của chất lỏng chuyển động là những đường cong mà
tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó có phương trùng với vectơ vận tốc tại điểm đó và có chiều là
chiều chuyển động của chất lỏng, các đường dịng khơng cắt nhau.
v Ống dịng là một phần của chất lỏng chuyển động có mặt biên tạo bởi các đường dịng.
THỦY ĐỘNG HỌC _ BERNOULLI
3. Lưu lượng chất lỏng
Lưu lượng chất lỏng qua một tiết diện
là thể tích chất lỏng chảy qua tiết diện
đó trong một đơn vị thời gian.
Q = S.v
Trong đó
Q: lưu lượng của chất lỏng (m3/s)
v: tốc độ dịng chảy của chất lỏng (m/s)
S: diện tích của ống dịng (m2)
THỦY ĐỘNG HỌC _ BERNOULLI
4. Phương trình liên tục ( mối liên hệ giữa tốc độ chất lỏng và diện tích ống dịng)
S1v1 = S2v2 = Q
v2
S1
v1
S2
THỦY ĐỘNG HỌC _ BERNOULLI
5. Phương trình Bernoulli:
ĐLBT cơ năng
(1)
A1 F1 .v1 .t p1 .S1 .v1 .t p1 .V1
V 1 S 1 .v 1 . t ; V 2 S 2 .v 2 . t
mv
. V 1 .v
W d1
2
2
W t m g h1 . V 1 .h1
2
1
V1 V 2 V
2
1
A2 p2 .V2
A A1 A2 ( p1 p2 ).V (2)
ĐLBT năng lượng W A
v12
v22
gh1 p1 gh2 p2
2
2
THỦY ĐỘNG HỌC _ BERNOULLI
6. Định luật Bernoulli tổng qt
Trong một dịng chảy ổn định tổng mọi dạng năng lượng trong chất lưu dọc
theo đường dịng là như nhau tại mọi điểm trên đường dịng đó.
2
v
gh p const
2
p : áp suất tĩnh, do ngoại lực gây nên và là nguyên nhân gây ra
chuyển động, không phụ thuộc vào chuyển động của chất lỏng.
v2
: áp suất động, do chuyển động của chất lỏng gây ra khi bị chặn
2
gh : áp suất thủy lực, do chiều cao của cột chất lỏng gây ra
S2
v1S1=v2S2
S1
