Bài Giảng Môn Vật Lý Đại Cương

CƠ HỌC CHẤT LƯU
TS. Nguyễn Đông Hải
Khoa Vật lý – ĐH Sư Phạm TPHCM
Bài giảng học phần Vật lý đại cương cho sinh viên khoa Hóa học – ĐHSP TPHCM
Chương 1: Cơ học chất lưu

Khái niệm

Chất lưu: là chất có thể chảy được (không
có hình dạng xác định)

Chất lưu lý tưởng: là chất lưu thỏa các đk

chảy ổn định

không chịu nén

không nhớt

không xoáy

Chất lưu thực: không thỏa các đk trên
Đường dòng - Ống dòng

Đường dòng là đường vạch ra bởi một
chất điểm chuyển động theo dòng chảy.

Vectơ vận tốc của chất điểm chuyển đông
theo đường dòng tại mỗi điểm có phương
tiếp tuyến với đường dòng tại điểm đó.


Các đường dòng không cắt nhau.

Ống dòng là một bó đường dòng giới
hạn bởi một số đường dòng chọn trước.
Đường dòng - Ống dòng
Nhận xét:
Ở những chỗ mà các đường
dòng dày đặc thì chất lưu
chuyển động nhanh hơn ở
những chỗ mà các đường
dòng thưa thớt.
Nguyên nhân:
sự bảo toàn lưu lượng chất
lưu.
các đường dòng không khí
thổi trên một chiếc xe hơi
Phương trình liên tục

Phương trình liên tục

R: lưu lượng thể tích của chất lưu (m
3
/s)

S: diện tích tiết diện ống dòng (m
2
)

v: tốc độ của dòng chất lưu (m/s)


Hệ quả:

Chất lưu chảy qua những nơi có tiết diện
ống dòng nhỏ nhanh hơn qua những nơi có
tiết diện ống dòng lớn
R S v const
= =
Phương trình liên tục

Trong thực tế:

Khi tưới cây, ta bóp nhỏ đầu thoát của dây
tưới để tia nước bắn đi xa hơn.

Dòng sông trôi lững lờ là dòng sông sâu,
dòng sông trôi nhanh là dòng sông cạn.
Phương trình Bernoulli

Đối với ống dòng bất kỳ

p: áp suất tĩnh tại điểm đang xét (Pa)

ρ
: khối lượng riêng của chất lưu (kg/m
3
)

v: vận tốc của chất lưu tại điểm đang xét (m/s)

g: gia tốc trọng trường (m/s

2
)

h: độ cao của điểm đang xét so với một mốc
xác định (m)

đại lượng ½
ρ
v
2
được gọi là áp suất động tại
điểm đang xét.
2
1
2
p v gh const
ρ ρ
+ + =
Phương trình Bernoulli

Đối với ống dòng nằm ngang

Hệ quả: chất lưu chuyển động càng nhanh thì
áp suất tĩnh do nó gây ra càng giảm
2
1
2
p v const
ρ
+ =

Ứng dụng của pt Bernoulli

Giải thích các hiện tượng thực tế:

Cửa sổ và mái tôn của những ngôi nhà đóng
kín thường bị thổi bay trong những cơn bão.

Xe cộ, tàu thuyền bị hút vào nhau nếu
chuyển động qua nhau ở khoảng cách gần và
tốc độ lớn. Người đi bộ cũng có thể bị hút
vào những xe chuyển động nhanh.

Sự bay lên của con diều giấy, máy bay.
Lực nhớt

Chất lưu thực là chất lưu không thỏa mãn các
điều kiện của chất lưu lý tưởng.

Lực nhớt (lực nội ma sát) xuất hiện khi hai lớp
chất lưu thực chuyển động tương đối đối với
nhau (có vận tốc khác nhau).

Hệ quả:

sự tồn tại của lớp biên ở chất lưu chuyển động
tương đối với một vật rắn

sự kéo theo

lực nâng động lực

Lực cản

Một vật chuyển động trong chất lưu luôn chịu
tác dụng của lực cản, có tác dụng làm giảm tốc
độ chuyển động của vật.

Lực cản bao gồm:

lực cản nhớt: có ảnh hưởng lớn trên các vật nhỏ,
chuyển động chậm.

lực cản do hình dạng: đáng kể khi vật có kích thước
lớn và chuyển động nhanh.
Lực cản

Độ lớn của lực cản:

là hệ số cản

là áp suất động do chất lưu tác dụng lên vật

là diện tích tiết diện vật vuông góc với dòng chảy
2
1
2
C
F C v A
ρ
 
=

 
 
C
A
2
1
2
v
ρ
Ứng dụng

Nhờ có lực cản của không khí mà các giọt nước mưa
không có vận tốc quá lớn khi đến gần mặt đất, không
nguy hiểm cho sinh vật trên mặt đất.

Người nhảy dù lợi dụng lực cản của không khí để làm
giảm tốc độ rơi của mình, giúp tiếp đất an toàn.

Một số loại máy bay cũng dùng dù để hãm nhanh hơn.

Kính chắn gió của xe hơi được lắp nghiêng, ngoài tác
dụng về mặt quang học và thẩm mỹ, còn giúp làm giảm
lực cản.

Lực cản của chất lưu là nguyên nhân chính khiến cho
tốc độ di chuyển của các phương tiện giao thông đường
thủy (tàu, bè, …) là chậm nhất trong các phương tiện
giao thông.