Báo cáo thí nghiệm môn cơ học thủy khí bài 1 Đo cao Độ tâm Định khuynh

Mô hình vật thể nổi gọi là pontoon trên đó có gắn các thiết bị và các thước đo Trong quá trình thí nhiệm, pontoon được thả nổi trong hồ, ta tiến hành dịch chuyển các đối trọng làm cho po

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

🙞🙞🙞

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN CƠ HỌC THỦY KHÍ

Bài 1: ĐO CAO ĐỘ TÂM ĐỊNH KHUYNH

Lớp: L01 Nhóm: L01_3 Khoa: KỸ THUẬT GIAO THÔNG GVHD: Đặng Trung Duẩn DANH SÁCH THÀNH VIÊN STT Họ và tên sinh viên MSSV Ngành học

Thành phố Hồ Chí Minh – 12/2023

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 3

BÀI 1: ĐO CAO ĐỘ TÂM ĐỊNH KHUYNH KM 4

I Giới thiệu 4

II Mô Tả Thiết Bị 5

III Thí nghiệm 7

IV Tiến hành lắp đặt thiết bị 9

V Tiến hành lấy số liệu 10

VI Kết quả thí nghiệm 10

VII Nhận xét 11

LỜI NÓI ĐẦU

Báo cáo thí nghiệm Cơ Học Thủy Khí trình bày về kết quả sau những tiết học thí nghiệm do GV Đặng Trung Duẩn giảng dạy Nhóm chúng em đã hiểu thêm về các bài thí nghiệm, các bước tiến hành thí nghiệm cũng như nội quy và các quy định an toàn trong phòng thí nghiệm

Dưới đây là báo cáo của nhóm 3 lớp L01 Báo cáo gồm 2 phần: Đo đạc, lấy số liệu thí nghiệm và tổng kết, viết báo cáo Trong đó:

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn đã giảng dạy và hướng dẫn tận tình, chi tiết để chúng em có đủ kiến thức hoàn thành tốt bài báo cáo này

BÀI 1: ĐO CAO ĐỘ TÂM ĐỊNH KHUYNH (Meta-Center) KM

I Giới thiệu

- Cơ học chất lỏng được phát triển từ các qui luật cơ bản của tĩnh học, động học và nhiệt động lực học…trong các phân tích thường xem chất lỏng là môi trường liên tục

Các qui luật trên được xem như sự chuyển đổi năng lượng từ động năng từ đó đưa ra các ứng xử của chất lỏng lên vật thể Mô hình dễ dàng nhận thấy được là tàu thủy nổi trên nước, khi nước tĩnh lặng tàu gần như không lắc ngang, tuy nhiên khi có sóng tàu

sẽ lắc lư trên sóng mà không lật

- Với góc nghiêng ngang nhỏ quá trình lắc xảy ra đều đặn và có chu kì, có thể so sánh lúc này tàu giống như 1 con lắc, lắc lư quanh 1 tâm Để dễ hiểu Meta-Center có thể xem là tâm quay khi xác định được tâm này ta có thể tính được chu kì lắc…

Trong thí nghiệm này, ta sử dụng mô hình gồm 2 phần:

1 Hồ nhỏ - được đổ nước tạo môi trường nổi cho pontoon

2 Mô hình vật thể nổi gọi là pontoon trên đó có gắn các thiết bị và các thước đo Trong quá trình thí nhiệm, pontoon được thả nổi trong hồ, ta tiến hành dịch chuyển các đối trọng làm cho pontoon nghiêng ngang, đo góc nghiêng ngang này từ đó xác định meta-center (M)

II Mô Tả Thiết Bị

Thiết bị bao gồm một pontoon hình chữ nhật, với một cột thẳng đứng Cột thẳng đứng mang một khối trượt, có thể được điều chỉnh để thay đổi vị trí của các trung tâm trọng lực của pontoon Một dây dọi được gắn ở đỉnh cột để đo góc nghiêng của pontoon được ghi sẵn trên thước Góc này có thể được điều khiển bằng một khối trượt ngang, và khoảng cách của khối trượt ngang được chỉ thị trên thước ngang

Các số liệu

trượt ngang

Trọng lượng khối trượt

ngang

Độ cao trọng tâm m y Trọng tâm của toàn bộ pontoon.

Tình từ đáy pontoon

di = l W ∗b∗1

1000 Chiều cao của tâm

nghiêng (tính từ độ

chìm)

12 d i − y+ d i

2

pontoon Đo trên thước

Chiều cao tâm

nghiêng(từ thí nghiệm)

W cot (θ)¿

III Thí nghiệm

Mục tiêu

Để xác định vị trí của tâm nghiêng trên vật thể nổi, bằng cách tính khoảng cách của nó tới trọng tâm (G), khoảng cách này (GM) được xem là chiều cao tâm nghiêng

Phương pháp

trọng tâm của pontoon có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh vị trí của một khối lượng trượt trên cột Tại một vị trí cố định của trọng tâm, chiều cao tâm nghiêng (GM) có thể được xác định bằng thực nghiệm bằng cách đo các góc dây dọi được tạo ra ở mỗi vị trí của một khối trượt, vì nó được đi qua trên chiều rộng của pontoon

Thiết bị

Để hoàn thành chứng minh về chiều cao tâm nghiêng chúng ta cần có một số thiết bị như trong mô hình

Dữ liệu kĩ thuật

Chiều dài pontoon: l = 0,35 m

Chiều rộng pontoon: b = 0,2 m

Chiều cao pontoon: d = 0,075 m

Lý thuyết

 Đối với trạng thái cân bằng tĩnh của pontoon, trọng lượng tổng, W, (hoạt động thông qua trung tâm của trọng lực G) phải bằng lực đẩy có tác dụng thông qua tâm nổi B nằm ở trọng tâm của phần chìm Khi dây dọi của pontoon tạo góc nhỏ, tâm nghiêng M được xác định tại giao điểm của đường tác dụng lực đẩy(luôn thẳng đứng) với BG kéo dài Khi cân bằng ổn định, M phải nằm trên G

Chiều cao tâm nghiêng

Trong đó: θ= ¿bắt đầu từ 0o

P=¿ trọng lượng của khối trượt và cột của pontoon

x=¿ khoảng cách giữa khối trượt và cột pontoon

Dựa vào tính hình học và chiều sâu phần chìm

Chiều cao tâm nghiêng GM được định nghĩa là:

GM =BM – BG

Bán kính tâm định khuynh BM có thể được định nghĩa là:

BM =I /V

Trong đó:

12

I−¿ là momen xoay quanh trục trung hoài khi cái bể bị nghiêng

L−¿ chiều dài của bể

b−¿ chiều rộng của bể

V−¿ là thể tích của phần chìm

Thể tích của phần chìm được xác định theo công thức:

V =L.b d i

Trọng tâm G cách đáy pontoon một khoảng y

Cho mỗi trường hợp trên ta có kết quả

GM= b2

12 d i − y+ d i

2(1)

IV Tiến hành lắp đặt thiết bị

Khối lượng trượt (= P, kg), sử dụng trượt ngang pontoon Kèm theo khối lượng pontoon, cột và 2 khối lượng trượt ngang và dọc ta có được tổng khối lượng Vị trí của khối lượng trượt trên cột cho ta vị trí của trọng tâm (G) trọng tâm G có thể xác định bằng cách: + sử dụng một lưỡi dao

+ buộc một dây chỉ nhẹ chặt trên cột và nhấc toàn bộ thiết bị lên bằng dây chỉ sau đó di chuyển dây chỉ trên cột đến khi cân bằng

Nguyên lý xác định vị trí G

Đo khoảng cách từ đáy pontoon tới G và ghi lại khoảng cách y

Đổ đầy nước vào bể chứa thiết bị, sau đó lấy ống dẫn nước ra tránh bị nước tràn ngược ra ngoài qua ống

Thả pontoon vào và đo độ chìm của pontoon để tính toán

V Tiến hành lấy số liệu

Di chuyển các khối lượng đi qua vị trí trung tâm trong pontoon; sau đó điều chỉnh độ

nghiêng θ của dây dọi ở mỗi vị trí Lặp lại thí nghiệm cho bên trái

Di chuyển trọng tâm G của pontoon bằng di chuyển khối lượng trên cột ở mỗi vị trí G mới lặp lại thí nghiệm đo độ cao tâm nghiêng GM Sau đó xác định vị trí tâm nghiêng

M (= y + GM) từ đáy pontoon, sử dụng kết quả của các thí nghiệm.

VI Kết quả thí nghiệm

i=

W

1000 =

1 ,75

0 ,35∗0.2∗1

1000 =0,025(m)

l (m) (m) b d (m) (kg) W m2 KG

(m)

d i

(m)

GM (m) công thức (1)

x (m) Ꝋ công thức GM (m)

(2)

VII Nhận xét

Nhận xét: Giữa kết quả GM(1) và GM(2) có sự chênh lệch khá lớn giữa các lần đo

Nhóm chúng em xin đưa ra 1 vài nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch này:

+ Trong quá trình đo độ chìm d, pontoon không hoàn toàn đứng yên trên mặt nước

đến kết quả đo bị lệch

+ Khi tiến hành xác định góc , do quá trình đo và ghi nhận có làm tròn kết quả.Ꝋ + Do độ chia nhỏ nhất của thước đo độ dùng để đo con dội lớn

Đồ thị biểu diễn

Đồ thị biểu diễn GM theo công thức (1) và công thức (2)

Nhận xét:

1 Khi thay đổi độ cao trọng tâm G (Y) thì khoảng cách GM sẽ thay đổi:

- Tăng độ cao thì trọng tâm sẽ tăng

- Giảm độ cao thì trọng tâm sẽ giảm

2 Vì trong mô hình thí nghiệm, độ chia nhỏ nhất của thước đo độ dùng để đo góc nghiêng của con dọi lớn Khi tiến trình đọc giá trị của thước đo độ dẫn đến sai số làm tròn khá lớn Mặc khác mô hình này không hoàn toàn đứng yên trên mặt nước do đó làm cho con dọi luôn dao động trên các giá trị của thước làm cho việc lấy số liệu dễ bị sai lệch

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

"GM theo công thức (1) lần 1 "GM theo công thức (1) lần 2" "GM theo công thức (1) lần 3

"GM theo công thức (2) lần 1 "GM theo công thức (2) lần 2 "GM theo công thức (2) lần 3