Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Luận văn tốt nghiệp sử dụng tiếng anh cho vật lý trong phân dạng bài tập phần cơ...

Tài liệu Luận văn tốt nghiệp sử dụng tiếng anh cho vật lý trong phân dạng bài tập phần cơ học chất lưu

.PDF
43
3
52

Mô tả:

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: F x    P 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 chất lƣu trên phƣơng 0 y và 0z là: Fy   P P ; 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 y z   x 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 5 Hình 1.2 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. Trong đó: P0 là áp suất tại mặt thoáng  z  0  (4) 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.  5 Phương trình: S1v1  S2v2  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 v dt  P2 S2v2dt Do đó: A  A1  A2  PS 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  P1V 2 2 Chia hai vế cho V và lƣu ý m   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 2  6 (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 Vì S0 S1 , từ phƣơng trình liên tục ta có: v0  Suy ra: 1 2  v1   gh1   gh0 2 S1 v1  0 S0 7 Vậy: v1  2 g  h0  h1  hay v1  2 gh 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  8l 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 . Re   vL  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 F  ms Hình 1.8 tác dụng lên vật. Biểu thức của lực cản ma sát phải có dạng: Fms  kv0r 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: 8 Fms  6 rv0 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 13 Hình 1.9 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
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan