Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1 Thí nghiệm vật lý 1
BỘ MƠN VẬT LÝ THÍ NGHIỆM VẬT LÝ TÀI LIỆU SỬ DỤNG TRONG HỌC KÌ I 2022-2023 TẠI PHỊNG A5-401A,B THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2022 Bài thí nghiệm số NGHIỆM LẠI PHƯƠNG TRÌNH BERNOULLI ĐO VỚI CẢM BIẾN ÁP SUẤT VÀ MOBILE CASSY -ooo Mục tiêu: Sau học xong sinh viên có khả năng: Về kiến thức: Nêu phương pháp đo bước tiến hành thí nghiệm đo áp suất đường hầm vị trí ứng với mặt cắt khác nhau, từ nghiệm lại định luật Bernoulli Về kỹ năng: Sử dụng thành thạo dụng cụ đo, tiến hành trình tự thí nghiệm để thu số liệu xác Về thái độ: Cẩn thận, kiên trì, xác, trung thực, khách quan I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phát biểu Định luật Bernoulli Trong dòng chảy ổn định, tổng dạng lượng chất lưu dọc theo đường dòng điểm đường dịng Đối với ống dịng nằm ngang, tổng áp suất tĩnh động điểm bảo tồn Cơng thức Định luật Bernoulli: Định luật Bernoulli trình bày mối quan hệ áp suất tĩnh p vận tốc dòng chảy v (bỏ qua ma sát phần bên chất khí chuyển động tương nhau) Nếu cắt ống dịng vị trí A, B mặt phẳng A0 A1 vng góc đồng thời với đường dịng thơng qua dịng chảy tĩnh hai điểm A0 A1 (hình): Hình 2.1: áp suất, vận tốc tiết diện A0 A1 + = + Trong đó: - p0, p1: áp suất tĩnh vị trí A, B - v0, v1: vận tốc dòng chảy vị trí A, B - : mật độ mơi trường dịng chảy ( khơng khí - = (2.1) = 1,2 : áp suất động vị trí a = : áp suất động vị trí B Các tiết diện A0 A1 lấy tùy ý, dựa vào phương trình (2.1) kết luận áp suất tổng ptot (gồm áp suất động áp suất tĩnh) có giá trị khơng đổi tiết diện ống dịng: ( ví dụ vị trí B) (2.2) + = + = = Trang Phương trình (2.2) nội dung định luật Bernoulli Lưu lượng dòng chảy J: Lưu lượng dòng chảy J lượng chất lỏng qua mặt cắt ngang lòng dẫn ống dẫn đại lượng đo thể tích chất lỏng chuyển động qua mặt cắt đơn vị thời gian Trên thực tế có hai loại lưu lượng thường dùng theo nghĩa trên: Lưu lượng dịng sơng kênh dẫn Lưu lượng vận chuyển chất lỏng qua đường ống Lưu lượng dịng chảy thể tích chất lỏng V chảy qua bề mặt đơn vị thời gian t = Ngồi ra, lưu lượng cịn bằng:(Phương trình với tiết diện dẹt, phẳng) = đó: v = vận tốc dịng chảy A = Tiết diện diện tích vectơ/bề mặt Vận tốc dòng chảy Lưu lượng xác định vận tốc dòng chảy v0 v1 hai điểm A,B đường hầm gió ứng với mặt cắt ngang A0 A1 đưa phương trình liên tục: = (2.3) Phương trình Bernoulli (2.2) cho phép thay v1 phương trình (2.3) Sắp xếp chúng lại, được: ∆ = (2.4) Với p = ptot - p1 = (2.5) Áp suất động ứng với diện tích mặt cắt ngang ghi nhận vị trí đo B đường hầm gió Vận tốc dịng chảy v vị trí (B) bằng: = ( − 1) Tương tự cho vị trí khác II DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO Dụng cụ đo: Các dụng cụ thí nghiệm gồm có: - Nguồn bật quạt: công tắt bật mở (1) nút tăng/ giảm độ gió (2) Hút quạt áp lực (3) Nguồn sạc Mobile- Cassy (4) Mobile- Cassy (5) Đầu dò áp suất (6) Xe đẩy đo lường (7) Cảm biến áp suất S ± 70 hPa (8) Bảng vạch A, B, C, D…(9) Đường hầm gió (10) Thí nghiệm xếp với dụng cụ hình (2.2): Trang 10 Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm Hình 2.3: Đầu dò áp suất Phương pháp đo: - Tạo luồng gió vào đường hầm gió - Dùng Mobile – Cassy đo áp suất vị trí ứng với mặt cắt khác III TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM Kiểm tra: - Kiểm tra xem thiết bị có lắp hình 2.2 chưa? - Kiểm tra xem việc lắp quạt đường hầm gió vào vịi phun để khơng khí rút thơng qua đường hầm gió thời gian thí nghiệm - Kiểm tra có đảm bảo thơng thống khoảng 0,5 m phía trước vịi hút phía sau quạt để khơng khí kéo vào đường hầm gió khơng có nhiễu loạn - Kiểm tra xem có chắn làm nhẵn vào đường hầm gió đầu vào, bốn ốc vít có đảm bảo đường nối Bernoulli tán thủy tinh cho chiều cao đoạn đường nối tăng theo hướng dòng chảy chưa? - Kiểm tra có dải niêm phong đệm mút cao su vào đường ray trượt bên đường hầm gió chưa? - Kiểm tra có đầu dị áp suất đường hầm gió với phần uốn cong đầu tiên, thơng qua đệm mút cao su dải nêm phong siết chặt bánh đo vẹt chưa? - Kiểm tra việc cắm cảm biến áp suất S, ± 70 hPa đến Mobile CASSY - Kiểm tra kết nối đầu dò áp suất với cảm biến áp suất (cảm biến CASSY) ống dẫn cao su Trang 11 - Đẩy đầu dò áp suất xuống hoàn toàn dừng lại vị trí cao so với điểm cao đoạn đường dốc khoảng 2cm Ghi an toàn: Trước tháo lưới bảo vệ vòi phun: - Rút phích cắm nguồn - Chờ 30 giây cánh quạt dừng hoàn toàn Thực hành : Sau kiểm tra xong, thiết lập MOBILE CASSY Mobile CASSY thực phép đo khác lĩnh vực vật lý, hóa học sinh học, ví dụ: Đo nhiệt độ, độ dẫn, giá trị pH, áp suất, lực, nhịp tim nhiều đại lượng khác Hình 2.4: Mobile- Cassy - Chưa bật nguồn gió, chỉnh Mobile Cassy trước - Bật Mobile Cassy với phím - Kiểm tra góc cuối hình bên phải, lượng pin máy Nếu lượng pin ít, cắm sạc điện cho Mobile Cassy - Sau bật Mobile Cassy, quan sát hình phía trên, đèn sáng ơ hoạt động Hình 2.5: Các Mobile- Cassy : Ơ Màn hình :Ơ :Chỉnh chế độ đo áp suất Trang 12 : Ô bảng/ đồ thị : Dùng để chỉnh hiển thị đồ thị hay số liệu : Dùng để chỉnh ngôn ngữ ( để sẵn Tiếng Việt) Dùng phím trái , phải , lên , xuống/ Menu ,OK - Di chuyển đến , bấm phím OK - Di chuyển đến Phạm vi, bấm phím OK Dùng nút lên, xuống, chỉnh phạm vi đo từ -2,1hPa… 2,1 hPa Bấm phím OK - Di chuyển lên bấm vơ Tùy chỉnh → ← Bấm phím OK lần - Di chuyển đến ô bảng/ đồ thị Chọn phần Hiển thị: Bảng Bấm OK - Di chuyển đến Màn hình chính, bấm phím Menu Nếu máy đo, chọn ngừng đo, bấm Ok - Bấm lại phím Menu, Vào Xóa tất giá trị đo, bấm Ok, chọn Có, bấm Ok - Bấm lại phím Menu Chọn ghi Thủ công - Bật quạt áp lực, chỉnh chế độ gió - Chờ phút thực đo, để quạt đảm bảo đạt tốc độ ổn định - Di chuyển xe đẩy đo lường đến vị trí “A” - Hạ đầu dị áp suất đến thấp Dùng thước kẻ ước lượng khoảng cách h từ đầu dò áp suất đến mặt nghiêng Hình 2.6: Khoảng cách h từ đầu dị áp suất đến mặt nghiêng - Mobile Cassy, chọn bẳt đầu đo , bấm phím OK để hiển thị giá trị đo - Nếu số liệu ổn định ghi vào bảng số liệu 2.1 ( SV nên ghi vào nháp khoảng 15 giá trị, sau đó, lấy 10 giá trị gần ghi vào bảng số liệu) - Giữ nguyên chế độ gió, di chuyển xe đẩy đo lường đến vị trí “B” Nâng đầu dị áp suất cho khoảng cách từ đầu dò áp suất đến mặt nghiêng h Chờ phút, sau đó, tiến hành đo vị trí A - Lưu ý: Mỗi lần lưu giá trị cách 5s - Tiếp tục di chuyển xe đẩy đo lường Save Value để đo ghi giá trị áp suất vị trí C, D, E, F *** Sau thực hành xong, SV lưu ý nhớ tắt máy, phủ khăn lên dụng cụ thí nghiệm, xếp ghế lại gọn gàng ngắn IV BÀI BÁO CÁO Ghi vào bảng số liệu 2.1 giá trị áp suất động pd vị trí từ “A” đến “F” Trang 13 Lần đo A B C D E F 10 TB Nhận xét sơ lược giá trị trung bình kết đo Cho ρ = 1,20 ± 0,01 Tính vận tốc dịng chảy v lưu lượng dịng chảy J (Tính giá trị A, vị trí khác tương tự, điền kết vào bảng 2.2: Vị trí A B C D A (m2) Pd (hPa) v (m/s) J (m3/s) Tính sai số tuyệt đối pd Vẽ đồ thị biểu diễn áp suất động pd hàm diện tích mặt cắt ngang A tương ứng vị trí từ “A” đến “D” đường hầm gió pd = f(A) Cho ΔA = 0,002 m2 Tính sai số tuyệt đối Δv sai số tương đối εv vận tốc dòng chảy vị trí từ A đến D Viết kết đo vận tốc dòng chảy vị trí Nhận xét kết thay đổi áp suất động vận tốc dòng chảy diện tích tăng dần Giải thích kết Nghiệm định luật Bernouli V CÂU HỎI CHUẨN BỊ Áp suất gì? Phát biểu định luật Bernoulli? Bài cho số liệu áp suất động hay tĩnh vị trí A,B,C…? Dựa vào định luật Bernoulli, tiết diện điểm A,B,C…giảm áp suất , vận tốc dòng chảy v , lưu lượng dịng chảy J vị trí thay đổi nào? Trình bày dụng cụ nguyên tắc đo Trang 14 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh K Bộ mơn Vật lý ;A< J Bài 13A: Đo moment quán tính vật rắn phương pháp dao động Mục đích: Trong thí nghiệm này, đo chu kỳ dao động lắc lò xo xoắn, hệ gồm nằm ngang dao động quanh trục quay gắn với lò xo xoắn Ta khảo sát phụ thuộc chu kỳ vào moment quán tính lắc, từ tìm moment qn tính thông qua việc đo trực tiếp chu kỳ Tiếp theo, nghiệm lại định lý trục song song Steiner–Huyghens, tiến hành đo moment quán tính số vật phương pháp dao động tính moment quán tính vật trục quay mới: I S = I CM + M `2 , (4) I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Moment quán tính Moment quán tính đại lượng vật lý đặc trưng cho mức quán tính vật thể chuyển động quay, tương tự khối lượng chuyển động thẳng Moment quán tính vật phụ thuộc vào phân bố khối lượng vật so với trục quay Xét vật khối lượng m có kích thước nhỏ so với khoảng cách r đến trục quay, ta xem vật chất điểm, moment quán tính vật trục quay tính bằng: I = mr (1) Đối với hệ gồm nhiều chất điểm quay quanh trục, moment quán tính hệ tổng moment quán tính chất điểm: I= X m i r 2i (2) i Nếu hệ xét vật rắn với phân bố khối lượng liên tục, phép lấy tổng thay phép tích phân tồn thể tích vật: Z I= r dm (3) Thơng thường, moment quán tính vật tính trục quay qua trọng tâm vật (trục xun tâm) Đặc biệt, vật có tính đối xứng cao, việc tính moment quán tính trục đối xứng xuyên tâm trở nên dễ dàng Tuy nhiên, số trường hợp, ta cần biết moment quán tính vật trục quay khơng qua trọng tâm vật, mà song song với trục xuyên tâm Khi đó, ta áp dụng định lý Steiner– Huyghens (còn gọi định lý trục song song) để 8CAM: