THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG

Transcript

1 TRƯỜNG ĐẠI THỦY HỌC LỰC BÁCH ĐẠI CƯƠNG KHO TP. HCM Khoa KTXD - Bộ môn KTTNN Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG nthong56@ahoo.fr or nguenthong@hcmut.edu.vn Web: htt://www4.hcmut.edu.vn/~nguenthong/index Tél. (08) NỘI DUNG MÔN HỌC Chöông 1. Ñaëc tính chaát loûng. Chöông. Thuû tænh hoïc. Chöông 3. Cô sôû ñoäng löïc hoïc chaát loûng. Chöông 4. Ño ñaïc doøng chaû. Chöông 5. Toån thaát naêng löôïng. Chöông 6. Doøng chaû coù aù trong maïng löôùi oáng. Chöông 7. Löïc taùc duïng leân vaät caûn. Chöông 8. Doøng chaû oån ñònh ñeàu trong keânh. TÀI LIỆU THM KHẢO 1. Thuû löïc 1. TS. Ngueãn Caûnh Caàm vaø all.. Thuû löïc. TS. Ngueãn Caûnh Caàm vaø all. 3. Cô hoïc chaát loûng. PGS. TS. Ngueãn Thoáng. (Löu haønh noäi boä) Tài liệu giảng download từ thư mục Bài giảng trong Web : htt://www4.hcmut.edu.vn/~nguenthong/index Thi cuoái kø: Töï luaän 90 huùt (Cho heù tham khaûo taøi lieäu caù nhaân). 3 MUÏC ÑÍCH MOÂN HOÏC - Nghieân cöùu caùc qu luaät cuûa chaát loûng khi ñöùng eân, chueån ñoäng. - Nghieân cöùu söï taùc ñoäng töông hoå giöõa nöôùc vaø moâi tröôøng lieân quan. CHÁT LOÛNG (ví duï nöôùc) Khoâng coù hình daïng cuï theå, huï thuoäc vaøo thieát bò chöùa. 4 Chöông 1 ÑËC TÍNH CHÁT LOÛNG Nghieân cöùu caùc tính chaát vaät lù, cô hoïc cô baûn cuûa chaát loûng (ví duï nöôùc). HEÄ THOÁNG ÑÔN VÒ Ñeå moâ taû caùc ñaïi löôïng vaät lù, coù 3 ñôn vò tham khaûo cô baûn laø chieàu daøi, khoái löôïng vaø thôøi gian. Vôùi heä thoáng SI (Ssteme Internationale): - cho chieàu daøi laø meøtre (m) - cho khoái löôïng (Kg) - cho thôøi gian (s) Heä thoáng ñôn vò nh-mõ: feet, lb, s 5 6 1

2 ĐƠN VỊ CỦ LỰC N (Newton) Troïng löôïng W [N] = Khoái löôïng [Kg] * g(9.81) [m/s ] [N] (Newton) = [kg]*[m/s ] TROÏNG LÖÔÏNG RIEÂNG () = W/V (N/m 3 ) (V theå tích) Troïng löôïng rieâng cuûa moät vaät theå laø troïng löôïng cuûa 1 ñôn vò theå tích cuûa vaät theå ñoù. Cho chaát loûng, coù theå laá laø haèng soá trong tröôøng hôï coù söï tha ñoåi aù suaát. Troïng löôïng rieâng ñôn vò cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä bình thöôøng +4 0 C laø 9810 N/m 3, cuûa thuû ngaân laø N/m 3. 7 KHOÁI LÖÔÏNG RIEÂNG CUÛ COÁ THEÅ =P/V P: khoái löôïng (kg), V theå tích (m 3 ) = k/löôïng cuûa moät ñôn vò theå tích = γ/g (kg/m 3 ) Chuù ù: W =P.g (N); nuoc =1000 kg/m 3 TYÛ TROÏNG CUÛ COÁ THEÅ Tû troïng cuûa moät coá theå laø giaù trò chæ tû soá giöõa troïng löôïng coá theå vaø troïng löôïng cuûa moät ñaïi löôïng tham khaûo (nöôùc) laøm chuaån coù cuøng theå tích. Tû troïng khoâng coù ñôn vò (khaùc vôùi ) 8 TÍNH NHÔÙT CUÛ CHÁT LOÛNG Moïi chaát loûng ñeàu coù tính nhôùt. Tính nhôùt gaâ ra söï töông taùc cuûa caùc haân töû chaát loûng khi coù söï chueån ñoäng töông ñoái giöõa chuùng vôùi nhau. Nhôùt cuûa chaát loûng laø moät ñaëc tính xaùc ñònh tính choáng laïi löïc caét. Ñaâ laø moät trong nhöõng nguoàn goác gaâ ra toån thaát naêng löôïng khi chaát loûng chueån ñoäng. Một chất lỏng được giả thiết KHÔNG có tính nhớt gọi là chất lỏng lý tưởng còn gọi là chất lỏng Euler SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM TÍNH NHỚT CỦ CHẤT LỎNG d Chaát loûng U Taám baûng di chueån vaän toác U du Taám baûng coá ñònh Löïc F 11 Ta coù: Vì: F U du d U du d F N / m U Hệ số nhớt động lực của chất lỏng 1

3 F(N) : löïc taùc duïng. (N/m ): öùng suaát tieá tueán sinh ra do tính nhôùt chaát loûng. (m ): dieän tích tieá xuùc. (?) : heä soá nhôùt ñoäng löïc hoïc, huï thuoäc loïai chaát loûng (xem baûng sau). = / : heä soá nhôùt ñoäng hoïc. Bài tậ: Sử dụng hương trình: du d Và dùng hương há hân tích đơn vị để xác định đơn vị của từ đó su ra đơn vị của hệ số nhớt động học = /. N / m Chaát loûng t C (kg/ms) Daàu xaêng thöôøng Nöôùc Daàu hoûa Daàu moû nheï Daàu moû naëng Daàu tourbin Daàu nhôøn Glcerin SÖÙC CÊNG BEÀ MËT HIEÄN TÖÔÏNG MO DÃN - Moät haân töû naèm beân trong chaát loûng caân baèng seõ bò taùc duïng loâi keùo bôûi caùc löïc trong moïi höôùng, vaø vectô toång hôï cuûa caùc löïc naø seõ trieät tieâu. - Moät haân töû ôû beà maët cuûa chaát loûng coøn bò taùc duïng bôûi moät löïc dính beân trong vaø coù höông thaúng goùc vôùi beà maët. Do ñoù seõ laøm di chueån caùc haân töû theo höôùng ngöôïc laïi vôùi löïc naø, vaø haân töû ôû beà maët mang nhieàu naêng löôïng hôn laø caùc haân töû ôû beân trong ÙP SUÁT TRONG MOÂI TRÖÔØNG CHÁT LOÛNG Khí trời ( a ) g Nước, h 1 h aù suaát taïi ñieåm trong moâi tröôøng chaát loûng. 17 B XÙC ÑÒNH ÙP SUÁT TRONG CHÁT LOÛNG BÈNG P/P PHÂN TÍCH ÑÔN VÒ Giaû thieát = f(,g,h)= x g h z Ta coù: [] =[] x [g] [h] z N/m =(kg/m 3 ) x.(m/s ).(m) z Chuù ù N=kg*m/s ta coù : (kg) 1 (m) -1 (s) - =(kg) x.(s) -.(m) +z-3x Ñoàng nhaát hoùa veá ta coù: x =1; =1 vaø z=1 Töø ñoù ta coù keát quaû: =gh=h (N/m ) 18 3

4 CHÚ Ý Á suất dư Tính á suất với giả thiết chọn á suất khí trời a làm chuẩn ( a =0). 19 Á suất dư: Khối lượng riêng đơn vị chất lỏng (nước =1000kg/m 3 ) Gia tốc trọng trường (9.81m/s ) =gh=h (N/m ) Khoảng cách thẳng đứng từ điểm xét đến mặt thoáng (thực hoặc kéo dài) 0 Á suất tuệt đối t : t =gh+ a =h+ a (N/m ) Á suất khí trời SI BIỆT ÁP SUẤT GIƯ ĐIÊ M TRONG CU NG MÔI TRƯỜNG CHẤT LỎNG Á dụng công thức tính á suất nêu trên ta i hai vị trí k hiệu 1 & khác nhau ta có: 1 =gh 1 =h 1 (1) =gh =h () 1 SI BIEÄT ÙP SUÁT (1) & () 1 (h h1) 1 g(h h1) 1 h h1 N / m trong ñoù =g laø troïng löôïng ñôn vò cuûa chaát loûng (N/m 3 ) vaø (h -h 1 ) chæ sai bieät chieàu saâu giöõa hai ñieåm xeùt (m). 1 (h h1) 3 (h - h 1 ) Nước, 1 [1] Khí trời [] Á suất sinh ra do cột chất lỏng có chiều cao (h -h 1 ) h 1 h 4 4

5 Neáu ñieåm thöù nhaát naèm ôû beà maët töï do cuûa chaát loûng vaø qu öôùc h coù chieàu döông theo höôùng hía döôùi (vaøo taâm quaû ñòa caàu), choïn aù suaát khí trôøi laøm chuaån, höông trình treân seõ trôû thaønh: h N / m Phöông trình naø ñöôïc aù duïng vôùi ñieàu kieän laø haèng soá (ha bieán ñoåi raát ít theo h nhaèm ñaûm baûo khoâng sinh ra sai soá ñaùng keå trong keát quaû). 5 TÍNH CHÁT Giaû söû aù suaát taïi maët thoaùng gia taêng giaù trò taát caû giaù trò aù suaát trong moâi tröôøng seõ gia taêng baèng giaù trò naø. 6 x gh x x h gh 7 Ñôn vò cuûa aù suaát ñöôïc cho bôûi: trong ñieàu kieän ôû ñoù löïc F laø haân boá ñoàng nhaát treân dieän tích, ta coù: df(n) (N / m ) d(m ) F(N) (N / m ) (m ) Vi hân lực 8 NGUYÊN LÝ BÌNH THÔNG NHU 5/4/015 9 Ta có: Z mat-thoang O gh h Z Z Nước, Khí trời mat thoang h Z 30 Mặt chuẩn O if const Z hs. hs. 5

6 Caùc ñieåm coù cao trình nhö nhau (coù cheânh leäch ñoä cao baèng khoâng) vaø cuøng naèm trong moät loaïi chaát loûng lieân tuïc coù () laø haèng soá coù aù suaát baèng nhau. Z O 1 C = B B D Z B =Z O 31 Maët chuaån O-O COÄT CHÁT LOÛNG TÖÔNG ÑÖÔNG Coät chaát loûng h töông ñöông vôùi aù suaát laø chieàu cao cuûa coät chaát loûng (trọng lượng rieâng γ) ñoàng chaát ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: h N / m m 3 N / m 3 ĐƠN VỊ ÁP SUẤT (N/m ) Xét cột nước cao 10m. Á suất ta i : H=10m =gh=98100 N/m =98100 Pa (Pascal) Nước = 1 at =1 kgf/cm =9.81 N/cm = 1 bar =98100 N/m Chú ý: 1 kgf = 1kg*g(m/s ) = 9,81 N 33 CO DÕN THEÅ TÍCH THEO ÙP SUÁT MODULE ÑØN HOÀI (E) Định nghĩa: Tû soá cuûa söï tha ñoåi giaù trò aù suaát (d) töông öùng vôùi söï tha ñoåi cuûa 1 ñôn vò theå tích (dv/v 0 ): d E dv / V 0 ( N / m ) (nöôùc N/m ) (daáu vì d vaø dv luoân traùi daáu vaø ñeå coù E döông) heä soá co daõn theå tích theo aù suaát ( v ) ñöôïc ñònh nghóa bôûi: 1 1 dv v ( m / N) 34 E V d 0 CO DÕN THEÅ TÍCH VÌ NHIEÄT Heä soá co daõn vì nhieät T duøng ñeå chæ söï bieán ñoåi cuûa theå tích dv, vôùi theå tích ban ñaàu V 0 khi nhieät ñoä tha ñoåi dt 0 C: 1 dv 0 T (1/ C) V0 dt Ñoái vôùi chaát loûng thöôøng caùc giaù trò T raát beù, coù theå boû qua vaø xem nhö chaát loûng khoâng co giaõn döôùi taùc duïng cuûa nhieät ñoä. 35 Baøi 1. Cho bieát V=5 m 3 daàu coù troïng löôïng W=41.3 KN. Tính troïng löôïng rieâng vaø khoái löôïng rieâng cuûa daàu. Cho bieát gia toác troïng tröôøng g=9.81 m/s. Baøi. Tìm söï tha ñoåi theå tích cuûa 1 m 3 nöôùc khi aù suaát gia taêng at. Cho bieát heä soá co giaõn theå tích do söï tha ñoåi aù suaát laø: Laá g=9,81m/s V 5 (cm / kgf ) 36 6

7 Baøi 3. Theå tích nöôùc seõ giaûm ñi bao nhieâu khi aù suaát taêng töø 1 at leân 51 at, neáu theå tích ban ñaàu laø V 0 =100 dm 3. Cho bieát heä soá co daõn theå tích theo aù suaát cuûa nöôùc v =5.0*10-10 m /N. Baøi 4. Bieát raèng vôùi theå tích nöôùc ban ñaàu V 0 =4 m 3 seõ giaûm ñi 1 dm 3 khi aù suaát gia taêng 5 at. Tính module ñaøn hoài E cuûa nöôùc. 37 Baøi 5. Moät beå kín chöùa ñaà daàu döôùi aù suaát 5 at. Khi thaùo ra ngoaøi 50 lít daàu (beå vaãn ñaà), aù suaát trong beå giaûm xuoáng coøn.5 at. Xaùc ñònh dung tích beå chöùa V 0, cho bieát heä soá co daõn theå tích theo aù suaát cuûa daàu laø v =7, m /N. Baøi 6. Daàu trong moät oáng daãn coù heä soá nhôùt ñoäng hoïc =0,70*10-5 m /s vaø khoái löôïng rieâng =100 kg/m 3. Giaû söû gradient vaän toác taïi thaønh ñöôøng oáng daãn laø dv/d=4 s -1. Tính öùng suaát tieá do ma saùt nhôùt taïi thaønh oáng. 38 Baøi 7. Tính aù suaát dö taïi & B cho caùc tröôøng hôï sau: (a) (c) h=8m =1000kg/m3 h =m =1000kg/m 3 1 =900kg/m 3 B h =1000kg/m 3 1 =3m (b) Laá g=10m/s. h 1 =5m h =4m 39 Baøi 8. Cho bình thoâng nhau nhö hình. Hai chaát loûng khoâng troän laãn nhau coù 1 =1000kg/m 3 vaø =1300kg/m 3. Tính cheânh leäch h cuûa maët thoaùng. Laá g=10m/s. Không khí ( h=? a ) H 1 =1.5m 1 40 Bài 9. Tính H x : Bình kín Không khí Khí trời dư =0.7at h =m =900kg/m 3 H x =? h 1 =8m 1 =1000kg/m 3 Laá g=10m/s. B 41 Baøi 10. Cho thí nghieäm nhö hình veõ. Khoaûng giöõa hai taám song song caùch nhau 4mm laø chaát loûng coù heä soá nhôùt ñoäng löïc laø μ=1,7kg/ms. Taám di chueån hía treân vôùi vaän toác v=0.5m/s coù dieän tích S=1m. Xaùc ñònh löïc F. Taám di chueån Daàu V=0,5m/s e = 4mm F Taám coá ñònh 4 7

8 HẾT 5/4/