Chương 8: Cơ Học Chất Lưu - 123doc

Nội dung

chất lưu bao gồm chất lỏng và chất khí. Tính chất: Không có hình dạng nhất định như một vật rắn. chất lưu bao gồm chất lưu dễ nén (chất khí) và chất lưu khó nén (chất lỏng)

CHƯƠNG CƠ HỌC CHẤT LƯU I. ÁP SUẤT. 1. Ðặc điểm của chất lưu. 2. Á p suất. 3. Nguyên nhân tạo ra áp suất. II. ÐỊNH LUẬT PASCAL .III. ÐỊNH LUẬT ARCHIMÈDE IV. PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC CỦA CHẤT LỎNG 1. Chất lỏng lý tưởng. 2. Phương trình liên tục .V. PHƯƠNG TRÌNH BERNOULLI. VI. LỰC NỘI MA SÁT. 1. Lực nội ma sát-Ðộ nhớt. 2. Các dạng chảy của chất lưu thực. 3. Chuyển động thành lớp của chất lưu thực. 4. Số Reynolds. VII. LỰC KHÍ ÐỘNG HỌC . 1. Lực cản chuyển động do ma sát .2. Lực cản chuyển động do áp suất. VIII. LỰC NÂNG. 1. Lực tác dụng vào hình trụ quay-Hiệu ứng Magnus . 2. Lực nâng cánh máy bay I. ÁP SUẤT 1 Ðặc điểm của chất lưu TOPChất lưu gồm chất lỏng và khí giống như các môi trường liên tục được cấu tạo từ nhiều chất điểm gọi là hệ chất điểm. Khác với vật rắn, các phân tử của chất lưu có thể chuyển động hỗn loạn bên trong khối chất lưu điều này giải thích tại sao chất lưu luôn có hình dạng thay đổi mà không phải cố định như vật rắn. Chất khí khác với chất lỏng bởi vì thể tích của một khối khí biến đổi không ngừng. Ở điều kiện bình thường, các phân tử của chất lỏng luôn giữ khoảng cách trung bình cố định ngay cả trong quá trình chuyển động hỗn loạn vì vậy chất lỏng được xem là không chịu nén dưới tác động của ngoại lực. Trong chất khí, lực đẩy của các phân tử chỉ xuất hiện khi các phân tử bị nén đến một khoảng cách khá nhỏ, cho nên ở điều kiện bình thường chất khí bị nén dễ dàng. Khối lượng riêng Trong môi trường chất lưu liên tục và đồng nhất, khối lượng riêng của chất lưu định nghĩa tương tự khối lượng riêng của vật rắn đó là khối lượng của một đơn vị thể tích chất lưu đó. Ðối với chất lỏng người ta còn sử dụng khái niệm tỉ trọng: Tỉ trọng của một chất lỏng nào đó là tỉ số của khối lượng riêng chất lỏng đó đối với khối lượng riêng của nước nguyên chất ở cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất. Tỉ trọng là một đại lượng không có đơn vị. Áp lực Khi chúng ta lấy ngón tay khẽ bịt lỗ hở của vòi nước ta cảm thấy áp lực của nước đè lên ngón tay. Khi bơi lội thật sâu trong nước ta cảm thấy tai bị đau, đó cũng là do áp lực của nước đè lên màn nhĩ. Những ví dụ trên chứng tỏ là khi có một vật rắn tiếp xúc với chất lỏng thì các phân tử của chất lỏng sẽ tác dụng lực vào vật rắn tiếp xúc với nó. Lực tác dụng này được phân bố trên toàn bộ diện tích tiếp xúc. 2 Áp suất TOP 3 Nguyên nhân tạo ra áp suất TOPVì phân tử của chất lưu luôn luôn chuyển động hỗn loạn nên khi nó va chạm vào bề mặt tiếp xúc với vật rắn, nó truyền xung lượng cho vật rắn. Vậy sự biến thiên xung lượng của các phân tử chất lưu là nguyên nhân tạo ra áp lực lên mặt tiếp xúc. II. ÐỊNH LUẬT PASCAL TOPTrạng thái cân bằng của chất lưu Trạng thái cân bằng là trạng thái mà ở đó không có sự chuyển động tương đối giữa các phần khác nhau trong chất lưu với nhau, ở đây ta bỏ qua sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử chất lưu. Một ly nước đứng yên trên bàn là một ví dụ về trạng thái cân bằng. Ðịnh luật Pascal Khi chất lưu ở trạng thái cân bằng thì áp suất tại một điểm trong lòng chất lưu là phân bố đều theo mọi phương. Nghĩa là áp suất tại điểm đó phân bố theo mọi phương có độ lớn bằng nhau. Ðể chứng minh ta xét một lăng trụ tam giác vuông rất nhỏ (OABCMN) được tách ra một cách tưởng tượng bên trong lòng chất lỏng Ba cạnh đáy của hình lăng trụ là : OA = x , OB = y và AB Chiếu hệ thức (8.4) lên phương Oz Chiếu hệ thức (8.4) lên mặt phẳng Oxy Tổng của ba véctơ bằng không nên ba véctơ đóï tạo thành một tam giác đồng dạng với tam giác ABO (xem hình 8.2), ta có tỉ số: Chia mẫu số cho OC ta có thể viết lại (8.6) Dựa vào định nghĩa áp suất ta suy ra công thức độ lớn: PA=PB =PAB(8.8) Khi khối lăng trụ co lại thành một điểm, áp suất PA, PB, PAB là các áp suất của cùng một điểm bên trong chất lỏng. Mặt khác, vì sự định hướng của khối lăng trụ là tuỳ ý tức là phương của OA, OB, AB có thể chọn bất kỳ nên ta đi đến kết luận là áp suất trong chất lỏng tại một điểm theo mọi phương là như nhau. Nnư vậy nếu chất lỏng đứng yên và chịu tác dụng của một áp suất nào đó từ bên ngoài thì áp suất đó sẽ được chất lỏng truyền đi theo mọi phương với cùng độ lớn. III. ÐỊNH LUẬT ARCHIMÈDE TOPÐể đơn giản chúng ta bỏ qua chuyển động quay của trái đất quanh trục. Vậy ta có thể xem trọng lượng của một vật đúng bằng trọng lực của nó. Ví dụ: Một cái ly thủy tinh có khối lượng m = 100g, được tạo dáng hình trụ có đường kính d = 6 cm và độ cao h = 17 cm được đổ xăng vào đến nửa ly; ly được đem thả vào một chậu nước nguyên chất. Hãy xác định mức độ ngập trong nước của ly (Hình 8.6) Lời giải: Vậy độ cao của ly ngập trong nước là 9,4 cm.IV. PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC CỦA CHẤT LỎNG 1. Chất lỏng lý tưởng TOPChất lỏng lý tưởng là chất lỏng mà ta có thể bỏ qua lực ma sát nhớt của các phần bên trong chất lỏng khi chuyển động tương đối với nhau. Ðối với chất lỏng lý tưởng, ta sẽ biểu diễn đường đi của một phân tử chất lưu bằng một đường dòng mà tiếp tuyến với nó tại mọi điểm có phương chiều trùng với véc tơ vận tốc của chất lưu tại điểm đó. Tập hợp toàn bộ các đường dòng biểu diễn cho cả khối chất lưu được gọi là ống dòng. Nếu chúng ta cắt ống dòng bằng một mặt phẳng S vuông góc đồng thời với các đường dòng, thì tại mọi điểm trên diện tích S nầy vận tốc các phân tử sẽ có độ lớn bằng nhau. 2. Phương trình liên tục TOP Phương trình( 8.13) gọi là phương trình liên tục của chất lỏng không bị nén Phát biểu: Ðối với một ống dòng đã cho, tích của vận tốc chảy của chất lưu lý tưởng với tiết diện thẳng của ống tại mọi nơi là một đại lượng không đổi. Ý nghĩa: Khi chất lưu chảy trên một đường ống có tiết diện khác nhau thì vận tốc ở những nơi có tiết diện nhỏ sẽ lớn và những nơi có tiết diện lớn sẽ nhỏ. V . PHƯƠNG TRÌNH BERNOULLITOP Biểu thức (8.17) là nội dung của định luật Bernoulli. Ta hãy xét ý nghĩa của các số hạng trong biểu thức (8.18) Trước hết, ta chú ý các số hạng đều có cùng thứ nguyên của áp suất số hạng p biểu thị cho áp suất bên trong chất lưu chảy được gọi là áp suất tĩnh. Theo (8.18) áp suất tĩnh được xác định là: Tóm lại, có thể phát biểu định luật Bernoulli như sau: Trong chất lưu lý tưởng chảy dừng, áp suất toàn phần (gồm áp suất động, áp suất thủy lực và áp suất tĩnh) luôn bằng nhau đối với tất cả các tiết diện ngang của ống dòng. Hệ quả: [...]... chảy của chất lưu thực TOP Với các vận tốc nhỏ, chất lưu thực chảy trong ống thành lớp. Có thể quan sát điều đó bằng thí nghiệm là đưa vào trong dòng chất lưu ở nơi vào của ống thủy tinh một luồng mảnh chất lưu màu. Trong chế độ chảy thành lớp, luồng chất lưu màu đó khơng trộn vào dịng chất lưu. Tăng dần vận tốc của chất lưu trong ống ta thấy bắt đầu ở giá trị v tới hạn nào đó tính chất của sự... được xác định phỏng chứng theo cơng thức : trong đó L kích thước đặt trưng của vật. Lớp biên phụ thuộc vào vận tốc của dòng, các tính chất của chất lưu và hình dạng vật. CHƯƠNG CƠ HỌC CHẤT LƯU I. ÁP SUẤT. 1. Ðặc điểm của chất lưu. 2. Á p suất. 3. Nguyên nhân tạo ra áp suất. II. ÐỊNH LUẬT PASCAL . III. ÐỊNH LUẬT ARCHIMÈDE IV. PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC CỦA CHẤT LỎNG 1. Chất lỏng lý tưởng. 2. Phương... của chất lưu có các vận tốc gần bằng vận tốc âm, có thể bỏ qua độ nhớt, nhưng cần phải chú ý đến tính nén được của chất lưu. Các chất lưu chảy trong các ống, các dịng sơng, các biển.v.v có thể coi là chất lưu nhớt (thực), không nén được. tính nén được là một tính chất quyết định. Sự nén khí có kèm theo việc làm nóng, vì vậy việc mơ tả chuyển động của chất khí chịu nén chỉ trong khuôn khổ cơ học. .. của vận tốc theo bán kính ống so với trường hợp chảy thành lớp là rất lớn. 3. Chuyển động thành lớp của chất lưu thực TOP a) Phương trình động lực học của chất lưu thực: Phương trình Bernouilli khơng áp dụng cho chất lưu thực vì có một phần cơ năng của chất lưu trong ống dịng bị tiêu hao do cơng của lực nội ma sát. Chiếu hệ thức (8.4) lên phương Oz Chiếu hệ thức (8.4) lên mặt phẳng Oxy Tổng... của chất lưu thực. 3. Chuyển động thành lớp của chất lưu thực. 4. Số Reynolds. VII. LỰC KHÍ ÐỘNG HỌC . 1. Lực cản chuyển động do ma sát . 2. Lực cản chuyển động do áp suất. VIII. LỰC NÂNG. 1. Lực tác dụng vào hình trụ quay-Hiệu ứng Magnus . 2. Lực nâng cánh máy bay I. ÁP SUẤT 1 Ðặc điểm của chất lưu TOP Chất lưu gồm chất lỏng và khí giống như các mơi trường liên tục được cấu tạo từ nhiều chất. .. cấu tạo từ nhiều chất điểm gọi là hệ chất điểm. Khác với vật rắn, các phân tử của chất lưu có thể chuyển động hỗn loạn bên trong khối chất lưu điều này giải thích tại sao chất lưu ln có hình dạng thay đổi mà khơng phải cố định như vật rắn. Chất khí khác với chất lỏng bởi vì thể tích của một khối khí biến đổi khơng ngừng. Ở điều kiện bình thường, các phân tử của chất lỏng luôn giữ khoảng cách trung... một vật rắn tiếp xúc với chất lỏng thì các phân tử của chất lỏng sẽ tác dụng lực vào vật rắn tiếp xúc với nó. Lực tác dụng này được phân bố trên tồn bộ diện tích tiếp xúc. 2 Áp suất TOP VII. LỰC KHÍ ÐỘNG HỌC TOP Các lực xuất hiện trong tương tác của vật với chất lưu theo nguyên lý tương đối Galileo, không phụ thuộc vào việc vật chuyển động và chất lưu nằm yên hay chất lưu chuyển động nhưng vật... lớp, chất lưu chảy quanh vật nhịp nhàng (khơng bị đứt ra). Các đường dịng có dạng giống như trong trường hợp chảy lượn của chất lưu lý tưởng. Ðể thí dụ ta lại xét sự chảy quanh quả cầu. Trường hợp chất lưu lý tưởng (xem hình 8.14), tổng các áp lực lên mặt quả cầu bằng 0 do sự đối xứng của các đường dòng. Cũng do ngun nhân đó tổng các áp lực vng góc với mặt cầu cũng sẽ bằng 0 cả trong trường hợp chất. .. của chất lưu luôn luôn chuyển động hỗn loạn nên khi nó va chạm vào bề mặt tiếp xúc với vật rắn, nó truyền xung lượng cho vật rắn. Vậy sự biến thiên xung lượng của các phân tử chất lưu là nguyên nhân tạo ra áp lực lên mặt tiếp xúc. II. ÐỊNH LUẬT PASCAL TOP Trạng thái cân bằng của chất lưu Trạng thái cân bằng là trạng thái mà ở đó khơng có sự chuyển động tương đối giữa các phần khác nhau trong chất. .. thái mà ở đó khơng có sự chuyển động tương đối giữa các phần khác nhau trong chất lưu với nhau, ở đây ta bỏ qua sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử chất lưu. Một ly nước đứng yên trên bàn là một ví dụ về trạng thái cân bằng. Ðịnh luật Pascal Khi chất lưu ở trạng thái cân bằng thì áp suất tại một điểm trong lòng chất lưu là phân bố đều theo mọi phương. Nghĩa là áp suất tại điểm đó phân bố theo . của chất lưu thực TOPa) Phương trình động lực học của chất lưu thực: Phương trình Bernouilli không áp dụng cho chất lưu thực vì có một phần cơ năng của chất. dòng chất lưu ở nơi vào của ống thủy tinh một luồng mảnh chất lưu màu. Trong chế độ chảy thành lớp, luồng chất lưu màu đó không trộn vào dòng chất lưu.

Ngày đăng: 05/10/2012, 16:12