phân tích chương trình cơ học chất luu

A MỞ ĐẦU “Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông” nhiệm vụ quan trọng thiếu người giáo viên trình dạy học môn vật lí THPT Đặc biệt, năm gần đây, chương trình sách giáo khoa biên soạn lại đưa vào giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng dạy học, đáp ứng yêu cầu đổi giáo dục toàn diện theo chủ trương ngành giáo dục nước nhà Vì việc nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức sách giáo khoa vật lí cần thiết, đặc biệt học viên cao học thuộc chuyên ngành LL & PPDH Vật lý Đây nhiệm vụ học phần “ Nghiên cứu chương trình Vật lý phổ thông”, hội để thân có điều kiện tìm hiểu sâu kiến thức chuyên môn, làm sở cho việc giảng dạy vật lý trường phổ thông đạt hiệu Nhiệm vụ “Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông” nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức cách thể nội dung kiến thức sách giáo khoa vật lí theo chuẩn kiến thức, kĩ Đối tượng “Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông” chương trình sách giáo khoa vật lí phổ thông theo chuẩn kiến thức kĩ Cơ sở nghiên cứu chương trình bao gồm kiến thức vật lí đại cương, vật lí lí thuyết vật lí kĩ thuật, kiến thức lí luận dạy học môn, kiến thức triết học, tâm lí học giáo dục học Cơ học chất lưu phần quan trọng chương trình vật lí phổ thông, việc nghiên cứu để làm rõ nội dung kiến thức chương “Cơ học chất lưu” dựa chuẩn kiến thức, kĩ chương trình điều cần thiết Vì chọn nghiên cứu đề tài Nghiên cứu nội dung kiến thức chương “Cơ học chất lưu” Vật lí 10 NC B NỘI DUNG I Đặc điểm chương “Cơ học chất lưu” 1.1 Đặc điểm Chương “Cơ học chất lưu” lớp 10 NC trình bày riêng chương (còn SGK CB không có) có phần trình bày chương trình học lớp Song, có tính chất hoàn chỉnh đề cao rõ rệt, không sâu vào chất vật lí mà ý nâng cao mức định lượng Hơn chương trình quan tâm nhiều đến ứng dụng kỹ thuật chất lưu (đó ứng dụng nguyên lí Paxcan, định luật Béc-nu-li) Các kiến thức phần học chất lưu gồm khái niệm (Khái niệm: chất lưu, áp suất, khối lượng riêng, đường dòng, ống dòng) Các nguyên lý, định luật (Nguyên lý Pa-xcan, nguyên lý Acsimet, Định luật Bec-nu-li) Và số ứng dụng chất lưu kỹ thuật Tuy nhiên chương “Cơ học chất lưu” SGK VL 10NC không trình bày khái niệm chất lưu, khái niệm khối lượng riêng nguyên lí Acsimet 1.2 Vị trí yêu cầu dạy học SGKNC trình bày chương “Cơ học chất lưu” sau chương “Các định luật bảo toàn” Ở xem định luật bảo toàn tổng quát nên áp dụng cho chất lỏng chất khí (chất lưu) Cơ học chất lưu áp dụng kiến thức học phần (động lực học chất điểm, tĩnh học vật rắn, định luật bảo toàn) để nghiên cứu chất lưu, tức chất lỏng, chất khí không nén chảy thành dòng Học sinh học áp suất lòng chất lỏng định luật Acsimet lớp Do đó, cần nhắc lại vài điều cần thiết công thức tính áp suất, áp suất phụ thuộc vào độ sâu, điểm lòng chất lỏng áp suất theo phương để nhấn mạnh vào nội dung nguyên lí Pa-xcan, không chứng minh mà giải thích học Trong phần không yêu cầu chứng minh định luật Bec-nu-li mà cần nêu lên ứng dụng định luật giải thích tượng liên quan lực nâng cánh máy bay ( cánh diều), hiệu ứng Mac-nút… II Mục tiêu, nhiệm vụ chương “Cơ học chất lưu” 2.1 Mục tiêu dựa chuẩn kiến thức, kĩ chương trình Kiến thức - Nêu áp suất thủy tĩnh đặc điểm áp suất - Phát biểu viết hệ thức nguyên lí Pa-xcan - Nêu chất lỏng lí tưởng gì, ống dòng Nêu mối quan hệ tốc độ dòng chất lỏng tiết diện ống dòng - Phát biểu định luật Béc-nu-li viết hệ thức định Kĩ - Vận dụng nguyên lí Pa-xcan để giải thích nguyên lí hoạt động máy nén thủy lực - Vận dụng định luật Béc-nu-li để giải thích nguyên tắc hoạt động số dụng cụ máy phun sơn, chế hoà khí - Vận dụng định luật Béc-nu-li để giải số tập đơn giản 2.2 Nhiệm vụ Vận dụng số định luật tổng quát học cho chất lỏng trạng thái đứng yên, sau cho chất lỏng chuyển động Các kết áp dụng cho chuyển động chất khí điều kiện tương tự III Cấu trúc chương “Cơ học chất lưu” Áp suất thủy tĩnh Đặc điểm Khái niệm Nguyên lí Paxcan Ứng dụng - Máy nén thủy lực - Máy tích - Máy tăng áp - Kích ……………… Chất lỏng lí tưởng Cơ học chất Sự chảy thành dòng chất lỏng chất khí Khái niệm đường dòng, ống dòng lưu Mối quan hệ tốc độ dòng chất lỏng tiết diện ống dòng Ứng dụng - Đo áp suất tĩnh áp suất toàn phần - Đo vận tốc chất lỏng - Đo vận tốc máy bay nhờ ống Pi-tô - Một vài ứng dụng khác + Lực nângcánh máy bay + Bộ chế hòa khí +… Định luật Béc-nu-li IV Nghiên cứu nội dung kiến thức chương “Cơ học chất lưu’’ 4.1 Một số khái niệm - Khái niệm chất lưu - Khái niệm áp suất - Khái niệm đường dòng, ống dòng 4.1.1 Khái niệm chất lưu 4.1.1.1 Khái niệm Chất lưu bao gồm chất lỏng chất khí Về mặt học, chất lưu quan niệm môi trường liên tục tạo chất điểm liên kết với nội lực tương tác [ 5] 4.1.1.2 Các tính chất chất lưu Các tính chất chất lưu cần kể đến khảo sát: hình dạng định, tính nén được, độ nhớt sức căng bề mặt a Chất lưu hình dạng định vật rắn Chất lưu chất có tính dễ chảy, thể tích hình dạng chúng bị thay đổi ảnh hưởng lực [1] b Tính nén Tính nén thể thông qua thay đổi khối lượng riêng thể tích chất lưu Đối với chất lưu, đặc biệt chất khí, tính nén phụ thuộc vào áp suất nhiệt độ Khối lượng riêng chất khí tăng nhanh theo áp suất (chất lưu dễ nén) Khối lượng riêng chất lỏng không tăng theo áp suất (chất lưu khó nén) c Tính nhớt Nhớt tính chất chống lại dịch chuyển chất lưu Khi chất lưu chuyển động, phần tử chúng hay lớp chuyển động với vận tốc khác nhau, nên chúng xuất lực tương tác gọi lực nội ma sát hay lực nhớt Lực nhớt tác dụng lên bề mặt tiếp xúc phần tử Các thí nghiệm Newton tiến hành chất lỏng chất khí cho thấy lực ma sát nhớt tỉ lệ với vận tốc tương đối phần tử d Hiện tượng mặt chất lỏng Chất lỏng chảy khỏi ống truyền dịch không thành dòng liên tục mà nhỏ giọt Một kim khâu thoa mở đặt cẩn thận nằm yên mặt nước mà không bị chìm Nước đọng thành giọt mui xe trơn láng không lan Tất tượng nhiều tượng khác có tính chất lớp ngoài, phân cách chất lỏng với chất 4.1.1.3 Chất lưu lý tưởng Khi giải toán thường bỏ qua ma sát Một điều chấp nhận ngầm kể ma sát toán trở thành khó Đó trường hợp Chuyển động chất lưu thực phức tạp chưa hiểu đầy đủ Thay vào đó, nghiên cứu chuyển động chất lưu lí tưởng, nghiên cứu đơn giản mặt toán học Tuy kết hoàn toàn phù hợp với kết chất lưu có thực, chúng gần, đủ để sử dụng Một chất lưu gọi lý tưởng chất hoàn toàn không nén chất lực nhớt Một chất lưu không lý tưởng gọi chất lưu thực Như vậy, chất lưu chất lưu thực Tuy nhiên, chất lỏng lưu động (không nhớt) tạm coi chất lưu lý tưởng Ngoài ra, lực nội ma sát xuất chất lưu chuyển động, chất lưu trạng thái nằm yên có gần đầy đủ tính chất chất lưu lý tưởng Chất lưu lý tưởng chuyển động thoả mãn tính chất Chảy ổn định: Trong chảy ổn định hay chảy thành lớp, vận tốc chất lưu điểm cố định không thay đổi theo thời gian độ lớn lẫn hướng Chất lưu không chịu nén: khối lượng riêng không đổi Chất lưu không nhớt: chất lưu lực nhớt Dòng không xoáy: vận tốc dòng chảy ổn định 4.1.2 Khái niệm áp suất 4.1.2.1 Khái niệm Giả sử dụng cụ nhạy áp suất nhỏ treo bình chứa đầy chất lưu, hình 1(a) Cái cảm biến gồm pittông có diện tích ∆S lồng xilanh kín đứng yên lò xo Một phận đọc cho phép ta ghi lượng mà lò xo (đã chia độ) bị nén, ghi cường độ ∆F lực tác dụng vào pittông Ta định nghĩa áp suất chất lưu tác dụng vào pittông (1) Hình 1(a) Một bình chứa đầy chất lưu, chứa cảm biến áp suất nhỏ, có chi tiết trình bày hình b Áp suất đo vị trí tương đối pit- tông cảm biến Ở vị trí cho, áp suất không phụ thuộc vào định hướng cảm biến Hình Theo lí thuyết, áp suất điểm chất lưu giới hạn tỉ số này, diện tích pittông, có tâm điểm làm ngày nhỏ Tuy nhiên, lực đồng diện tích phẳng S, ta viết phương trình (1) Bằng thực nghiệm, người ta thấy áp suất p định nghĩa phương trình (1) có giá trị điểm cho trước chất lưu trạng thái cân bằng, cảm biến áp suất hướng Áp suất đại lượng vô hướng, tính chất phụ thuộc hướng Đúng lực tác dụng vào pittông cảm biến áp suất đại lượng vectơ, phương trình (1) đụng đến cường độ lực đại lượng vô hướng Đơn vị áp suất hệ đơn vị SI Pascal (Pa) Paxcan liên hệ với vài đơn vị áp suất thông dụng khác (ngoài hệ SI) sau: 1atm = 1,013.105Pa=760 torr=14,71b/in2 Atmôtphe (atm) áp suất trung bình gần khí quyển, mức mặt biển Torr (để lưu niệm Evangelius Torricelli, người sáng chế phong vũ biểu thủy ngân năm 1674) gọi hình thức milimet thủy ngân (mmHg) [4] 4.1.2.2 Chất lưu trạng thái nghỉ Áp suất thủy tĩnh Xét chất lỏng trạng thái cân tĩnh bình chứa (hình 2) Xem phần chất lỏng hình trụ, tiết diện S Chọn trục Oy có gốc mặt thoáng hướng xuống Tọa độ đáy y1, đáy y2 Chiều cao hình trụ y2- y1 = h Hình trụ nằm cân bằng, ta có: F1 - F2 + P = p1S - p2S + P = Trong p1S lực nén từ xuống, - p2S lực đẩy từ lên P trọng lượng hình trụ, P=ρgS (y2- y1), với y2- y1 chiều cao hình trụ, ρ khối lượng riêng chất lỏng Công thức viết là: p1 - p2 + ρg (y2- y1) = Lấy y1 = mặt thoáng chất lỏng, p1 = pa áp suất khí mặt thoáng chất lỏng, y2 = h từ công thức ta có: p = p2 =pa + ρgh (2) Hình Chất lỏng nằm trạng thái tĩnh Các lực đặt lên hình trụ p gọi áp suất thủy tĩnh hay áp suất tĩnh chất lỏng độ sâu h tích số ρ gh Công thức (2) nói lên áp suất tĩnh chất lỏng độ sâu h phụ thuộc vào áp suất khí tích số ρ gh Tích số ρ gh trọng lượng cột chất lỏng có chiều cao h tiết diện 1cm Tích số cho biết độ chênh lệch áp suất điểm có độ sâu h với áp suất điểm mặt thoáng chất lỏng 4.1.3 Khái niệm đường dòng, ống dòng 4.1.3.1 Đường dòng Một đường dòng đường vạch nên phần tử nhỏ chất lưu, mà ta gọi “hạt chất lưu” Khi chất lưu chuyển động, tốc độ thay đổi, độ lớn lẫn hướng, hình véc tơ vận tốc điểm tiếp tuyến với đường dòng điểm Các đường dòng không cắt nhau: chúng cắt nhau, hạt chất lưu tới giao điểm phải có hai vận tốc khác lúc, điều có [4] Hình Một hạt chất lưu P vạch Hình Ôtô phòng thí nghiệm đường dòng, chuyển động vận hãng sản xuất Người ta tạo tốc hạt tiếp tuyến với đường dòng luồng khí thổi vào ôtô để nghiên cứu hình điểm dạng thích hợp Hay định nghĩa khác : Khi chất lỏng chảy ổn định, phân tử chất lỏng chuyển động theo đường định gọi đường dòng [5] Khi chất lỏng bao quanh vật đường dòng bị tách cạnh vật Điểm có tách xảy (trên hình 5) điểm P gọi điểm tới hạn phía trước Ở phần đuôi vật, P1 P2 điểm tới hạn phía sau P2, đường dòng lại khép lại Tại điểm tới hạn vận tốc Hình dòng vật không Tính chất đường dòng Nơi ống hẹp đường dòng xít nhau, nới ống rộng đường dòng thưa (hình 6) Hình Ống dòng, đường dòng 4.1.3.2 Ống dòng phương trình liên tục Tập hợp đường dòng tựa lên đường cong kín gọi ống dòng Hay có định nghĩa khác ống dòng phần chất lỏng chuyển động có mặt biên tạo đường dòng Khi chất lỏng chuyển động ống thân ống ống dòng [5] Như vậy, đường dòng hình ta tách riêng ống dòng mà mặt biên chúng tạo đường dòng Một ống có tác dụng ống thật hạt chất lưu vào ống thoát qua vách ống, thoát ta có trường hợp đường dòng cắt Hình vẽ trình bày hai tiết diện thẳng, diện tích S S2 ống dòng mỏng Tại tiết diện S2 chất lưu chuyển động với tốc độ v2, tiết diện S1 chất lưu chuyển động với tốc độ v1 Trong khoảng thời gian ∆t chất lưu chuyển động từ tiết diện S1 đến tiết diện S2 Trong khoảng thời gian hạt chất lưu chuyển động khoảng nhỏ v1 ∆t thể tích ∆V chất lưu cho ∆V = S1v1∆t qua tiết diện S2 Vì chất lưu không nén tạo tiêu hủy Do đó, khoảng thời gian, thể tích chất lưu phải qua tiết diện S2, lúc ∆V = S2 v2 ∆t Từ đó, suy S1v1 = S 2v2 Như vậy, dọc theo ống dòng A = Sv = const (3) Phương trình (3) gọi phương trình liên tục dòng chất lưu Nó cho thấy dòng chất lưu phần hẹp ống dòng chảy nhanh đường dòng gần Lưu ý Hệ thức liên hệ vận tốc dòng chảy diện tích tiết diện ngang dòng chất lỏng không nén Nếu áp dụng cho chất khí chất khí chảy thành dòng Thứ nguyên lưu lượng thể tích/ thời gian Trong đời sống, ta thường gặp đơn vị mét khối giây (m3/s) mét khối (m3/h) 4.1.3.3 Sự chảy ổn định không ổn định - Sự chảy gọi ổn định nơi có vận tốc không đổi độ lớn hướng, hay thời điểm ta quan sát hình ảnh chảy 10 - Nhưng có vật chuyển động chất lỏng đứng yên chảy không ổn định gọi chảy không ổn định [6] 4.2 Các nguyên lý, định luật 4.2.1 Nguyên lý Pa-xcan Khi bạn bóp đầu tuýp kem đánh răng, bạn theo dõi hoạt động nguyên lý Pa-xcan Nguyên lý Blaise Pascal (Pa-xcan) nêu lên cách rõ ràng, lần vào năm 1652 Nội dung nguyên lý : Một độ biến thiên áp suất tác dụng vào chất lưu nhốt chặt truyền không thuyên giảm cho phần chất lưu cho thành bình chứa [4] Blaise Pascal (1623 -1662) Chứng minh nguyên lý Pascal [4] Ta xét trường hợp chất lưu chất lỏng không chịu nén, chứa hình trụ cao, hình Hình trụ đậy pittông, có hộp đạn chì nằm yên Khí quyển, hộp viên đạn tác dụng áp suất png vào pittông Do đó, chất lỏng áp suất p điểm P chất lỏng p = png + ρ gh Ta thêm đạn chì vào pittông, để làm cho p ng Hình tăng thêm lượng ∆png Độ tăng áp suất P ∆p = ∆png Độ tăng áp suất không phụ thuộc vào h, điểm chất lỏng áp suất có giá trị Nguyên lý Pascal đòn bẩy thuỷ tĩnh Nguyên lý Pascal làm sở cho đòn bẩy thuỷ tĩnh Khi hoạt động, giả sử lực có cường độ F tác dụng hướng xuống vào pittông bên nhánh trái, có diện tích Si Một chất lỏng không chịu nén dụng cụ, 11 tác dụng lực hướng lên có độ lớn F vào pittông bên nhánh phải có diện tích S0 (hình 8) Để giữ cho hệ cân bằng, phải tác dụng lực ngoài, hướng xuống, cường độ FV vào pittông Lực Fi tác dụng vào bên trái lực F V tác dụng vào bên phải gây độ tăng áp suất ∆p chất lỏng, cho bởi: ∆p = Fi FV S = ⇒ F0 = FV = Fi (4) Si S Si Phương trình (4) cho thấy lực F0 tác dụng lên tải lớn lực Hình Một cách bố trí đòn bẩy thuỷ tĩnh tác dụng vào Fi S0 > Si Nếu cho pittông chuyển động xuống đoạn d i pittông chuyển động lên đoạn d0 cho thể tích V chất lỏng không chịu nén bị chuyển động hai pittông Khi V = Sidi = S0d0 suy d = di Si S0 Biểu thức cho thấy S0 > Si pittông chuyển động khoảng nhỏ so với pittông vào Từ công thức trên, ta tính công ra: W=F0 d0 = ( Fi S0 S )(di i ) = Fi di Si S0 (5) Nhận xét: công W thực pittông vào lực đặt vào công thực pittông nâng tải đặt Như với lực cho tác dụng lên khoảng cách cho, biến đổi thành lực lớn tác dụng lên khoảng nhỏ Tích lực khoảng cách không đổi, công thực Tính chất thường áp dụng để nâng ôtô Công cụ ứng dụng nguyên lý gọi đòn bẩy thuỷ tĩnh 4.2.2 Định luật Bec-nu-li cho ống dòng nằm ngang Đây định luật động học chất lưu lý tưởng 12 Nội dung định luật: Nếu tốc độ hạt chất lưu tăng theo đường dòng, áp suất chất lưu phải giảm ngược lại [5] Phương trình Béc-nu-li: p+ ρ v + ρ gz = const (6) Phương trình Béc-nu-li chất lưu lý tưởng Nếu có mặt lực nhớt, xuất hiện, phương trình Béc-nu-li không Daniel Bernoulli (1700 – 1782) Ông nhà bác học người Thụy Sĩ Chứng minh Xét khối chất lưu ABCD chuyển động ống dòng nhỏ giới hạn hai tiết diện (AB) = ∆S1 (CD) = ∆S2 ( hình 9) Gọi v1, v2 vận tốc chất lưu (AB) (CD) z1, z2 độ cao hai vị trí (AB) (CD) Hình Trong khoảng thời gian ∆t khối chất lưu (ABCD) chuyển đến vị trí (A’B’C’D’) Vì lực ma sát (chất lưu lý tưởng) nên công áp lực độ biến thiên khối chất lưu Áp lực (AB) p1∆S1 , (CD) p2 ∆S2 Công áp lực tác dụng lên khối chất lưu trình chuyển động từ (ABCD) đến (A’B’C’D’) : 13 A = ( p1∆S1 ).AA′ - (p ∆S2 )CC ′ Độ biến thiên khối chất lưu trình : ∆W=WA' B'C ' D' − WABCD Nhưng (ABCD) (A’B’C’D’) có phần chung (A’B’CD), viết ∆W=WCDC ' D' − WABA' B' , WCDC' D' = WABA' B' = Ta có ' ρ (∆S2 CC ' )v22 + ρ (∆S CC ) gz2 ' ρ (∆S1.AA ' )v12 + ρ ( ∆S1.AA ) gz1 ' ∆W= A, chất lưu không nén ∆S1.AA ' = ∆S CC nên suy ρ v2 + ρ gz2 − ( ρ v12 + ρ gz1 ) = p1 − p2 2 hay 1 p2 + ρ v22 + ρ gz2 = p1 ρ v12 + ρ gz1 2 Vậy với chất lưu lý tưởng chuyển động trọng trường p+ ρ v + ρ gz = số (đpcm) [6] Trường hợp chất lưu chảy ống dòng nằm ngang z1 = z2 p1 + ρ v1 = p2 + ρ v22 2 (7) Hình 10 Chất lưu chảy ống nằm ngang 4.3 Một số ứng dụng chất lưu kỹ thuật 4.3.1 Ứng dụng nguyên lý Pa-xcan 14 Nguyên lý Pa-xcan ứng dụng nhiều kỹ thuật đời sống máy nén thuỷ lực, máy nâng vật có trọng lượng lớn, phanh thuỷ lực xe máy, ôtô, máy ép dùng chất lỏng 4.3.1.1 Máy nén thủy lực Máy nén thuỷ lực thiết Hình 11 Sơ đồ máy nén thuỷ lực bị dùng để tạo sức ép lớn dựa nguyên lý Pa-xcan Cấu tạo máy gồm hai xilanh chứa đầy chất lỏng (dầu), đáy thông nhau, xilanh có tiết lớn xilanh Trong hai xilanh có hai pittông chuyển động ngược chiều Khi tác dụng lên pit-tông nhỏ lực F1 pit-tông lớn bị đẩy lên lực F2 lớn gấphàng trăm lần F1 Thường dùng để ép nước quả, ép giấy, ép gỗ hay dùng để nâng ôtô hình 11 [5] 4.3.1.2 Máy tích Công dụng: thường kèm theo máy ép thủy lực, máy bơm dầu vào, máy ép làm việc chưa hết công suất, hành trình không làm việc máy ép bơm tích lũy bổ sung thêm cho lượng máy bơm cần thiết (hình 12) Sơ đồ làm việc: dầu từ bơm vào xilanh, nâng pit-tông P có xà ngang K để treo tạ lên độ cao h [7] 4.3.1.3 Máy tăng áp Công dụng: thường kèm theo máy 15 Hình 12 Máy tích tích để tăng áp suất cho dầu từ máy tích cung cấp trước đưa vào máy ép thủy lực (hình 13 ) Sơ đồ, nguyên lí làm việc: chất lỏng có áp suất p1 đưa từ máy tích bơm vào xilanh qua lỗ 1, làm cho pittông A bị đẩy lên Chất lỏng chảy qua lỗ (rỗng ruột) bị pittông C nén, áp suất tăng lên thành p2 Đáy pittông C có lỗ dẫn chất lỏng với áp suất tăng lên P2 đến ống nối vào máy ép [7] Hình 13 Máy tăng áp 4.3.1.4 Kích Các kích ô tô thường chế tạo theo kiểu máy ép thủy lực (hình ) bao gồm phận sau đây: pittông không chuyển động xilanh thân kích (đồng thời bình chứa dầu) cần điều khiển kích, bơm dầu từ bình qua xilanh van hút dầu vào bơm van nâng kích (đẩy dầu từ bơm qua xilanh dưới) van hạ kích [7] 16 Hình 14 Kích ô tô Phân tích chương trình Vật lí phổ thông 4.3.2 Ứng dụng định luật Bec-nu-li 4.3.2.1 Cửa sổ bật mở Nếu gió mạnh thổi qua trước sổ, áp suất bên cửa sổ bị giảm kính cửa sổ vỡ phía Cơ chế có tác dụng làm cho mái phẳng nhà bị thổi bay lên Khi có bão phần mái nhà bị đẩy lên áp suất không khí bị giam nhà Tuy mái nhà thiết kế để chống đỡ độ chênh lệch áp suất hướng xuống tương đối lớn, chúng lại nhiều không dự tính để chống đỡ độ chênh lệch áp suất lớn, hướng lên [4] 4.3.2.2 Đo vận tốc chất lỏng Ống Venturi Lưu lượng kế Venturi dụng cụ để đo tốc độ dòng chảy chất lưu ống Ống gắn hai tiết diện ống hình 15 [4] [5] Hình 15 Một ống đo Ven-tu-ri nối hai tiết diện ống, để đo tốc độ chất lưu chảy ống Diện tích tiết diện S đầu vào đầu ống đo tương đương với tiết diện ống chất lưu Giữa đầu vào đầu ra, chất lưu chảy qua vùng hẹp có tiết diện s Một áp kế nối phần rộng ống đo với phần hẹp Khi chất lưu chảy với tốc độ v từ ống vào miền hẹp tốc độ tăng đến V Theo phương trình Bec-nu-li, tăng tốc độ kéo theo giảm áp suất chất lưu Chất lỏng áp kế dịch chuyển sang phải, hiệu độ cao ∆h mặt chất lỏng hai nhánh áp kế đo được, cho ta ∆p Áp dụng phương trình Bec-nu-li phương trình liên tục (định HV: Trịnh Thị Sơn 17 Phân tích chương trình Vật lí phổ thông luật bảo toàn dòng) ta tính v = 2s ∆p (8), ρ khối lượng riêng ρ (S − s ) chất lưu 4.3.2.3 Đo vận tốc máy bay nhờ ống Pi-tô Dụng cụ đo vận tốc máy bay gọi ống Pi-tô (hình 16), gắn vào cánh máy bay Dòng không khí bao quanh ống hình vẽ Vận tốc chảy vuông góc với tiết diện S nhánh ống chữ U Nhánh thông buồng có lỗ nhỏ thành bên áp suất buồng áp suất tĩnh dòng không khí tức vận tốc máy bay [5] Hình 16 Ống Pi-tô 4.3.2.4 Lỗ rò bể nước P0 Một bể nước tạo lỗ cách mặt nước phía đoạn P0 h Tính công thức vận tốc nước h y=0 thoát khỏi lỗ? Chọn mức nước lỗ làm mốc để đo độ cao áp suất phía bể nước áp suất lỗ áp suất khí Áp dụng Hình 17: Lỗ rò bể nước phương trình Bec-nu-li ta được: [4] pA + 1 ρ vA + ρ gz A = pB + ρ vB + ρ gz B pA = pB = p0, vA = 0, zA = h, zB = 2 (mốc năng) Vậy tốc độ nước chảy khỏi lỗ v = gh công thức tính vận tốc vật đạt rơi từ trạng thái nghỉ rơi quãng đường h HV: Trịnh Thị Sơn 18 Phân tích chương trình Vật lí phổ thông 4.3.2.5 Lực nâng cánh máy bay Hình 18 Lực nâng cánh máy bay Hình vẽ 18 trình bày đường dòng xung quanh cánh máy bay chuyển động Giả sử không khí tiến lại gần theo phương ngang từ bên phải, với r vận tốc va Góc chếch lênh cánh gọi góc đụng làm cho dòng không khí bị ngoặt r xuống, dòng có vận tốc va Như vậy, cánh tác dụng lực vào dòng khí để đẩy ngoặt xuống Theo định luật III Niutơn, dòng khí phải tác dụng lực r ngược chiều vào cánh Thành phần thẳng đứng lực F tác dụng vào cánh gọi lực nâng, thành phần nằm ngang lực cản cảm ứng [4] [5] 4.3.2.6 Bộ chế hoà khí Bộ phận động đốt trong, tạo nên hỗn hợp không khí xăng Gồm bầu chứa xăng A có phao P để giữ mực xăng ngang dầu, kim phun G Không khí tới chỗ thắt lại ống áp suất giảm, xăng bị hút lên phân tán thành giọt nhỏ hoà lẫn với không khí thành hỗn hợp vào xi lanh [2], [5] Hình 19 Bộ chế hoà khí HV: Trịnh Thị Sơn 19 Phân tích chương trình Vật lí phổ thông C KẾT LUẬN Phân tích cách tiếp cậnc kiến thức khoa học vật lý liên quan phần “…” sách giáo khoa chương vật lí 10 giúp cho tác giả hiểu sâu vấn đề nghiên cứu Qua việc phân tích phần hiểu ý đồ nhóm tác giả sách giáo khoa, từ lựa chọn kiến thức liên quan đến chương trình phổ thông để có định hướng nghiên cứu phục vụ công tác giảng dạy sau Do điều kiện thời gian khả tiếp thu thân vấn đề cần nghiên cứu chưa nhiều chắn có nhiều thiếu sót Rất mong nhận thêm giúp đỡ, bảo thầy góp ý bạn đọc Trong trình tìm hiểu, nghiên cứu nội dung kiến thức chương “ Cơ học chất lưu”, thân có nhiều cố gắng Tuy nhiên, lực thời gian hạn chế nên chắn không tránh khỏi sai sót, kính mong nhận góp ý thầy anh chị học viên lớp để đề tài hoàn thiện làm tài liệu tham khảo cho việc giảng dạy sau HV: Trịnh Thị Sơn 20 Phân tích chương trình Vật lí phổ thông D TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Trọng Bái – Vũ Thanh Khiết, Từ điển Vật lý phổ thông, Nhà xuất Giáo Dục, 2004 Lương Duyên Bình, Vật lý đại cương- tập 1, Nhà xuất giáo dục, 1998 Bộ Giáo Dục Đào Tạo, Chương trình môn Vật lý cấp THPT, Nhà xuất Giáo Dục, 2006 David Halliday- Robert Resnick- Jearl Walker- (Ngô Quốc Quýnh (dịch), Cơ sở vật lý - tập 2, Nhà xuất GD, 1996 Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên) số tác giả, Sách giáo khoa; Sách giáo viên Vật lý 10 Nâng cao, Nhà xuất giáo dục, 2006 Lê Công Triêm, Phân tích chương trình Vật lý phổ thông, Nhà xuất ĐHSP Huế, 2006 Phùng Văn Khương, Thủy lực máy thủy lực, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2009 HV: Trịnh Thị Sơn 21 [...]... Trong quá trình tìm hiểu, nghiên cứu nội dung kiến thức chương “ Cơ học chất lưu”, bản thân cũng đã có nhiều cố gắng Tuy nhiên, do năng lực và thời gian còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi sai sót, kính mong nhận được sự góp ý của thầy và các anh chị học viên trong lớp để đề tài được hoàn thiện hơn và làm tài liệu tham khảo cho việc giảng dạy sau này HV: Trịnh Thị Sơn 20 Phân tích chương trình. .. trong các động cơ đốt trong, tạo nên hỗn hợp không khí và xăng Gồm bầu chứa xăng A có phao P để giữ mực xăng luôn ngang dầu, kim phun G Không khí đi tới chỗ thắt lại của ống thì áp suất giảm, xăng bị hút lên và phân tán thành giọt nhỏ hoà lẫn với không khí thành hỗn hợp đi vào xi lanh [2], [5] Hình 19 Bộ chế hoà khí HV: Trịnh Thị Sơn 19 Phân tích chương trình Vật lí phổ thông C KẾT LUẬN Phân tích cách tiếp... 15 Hình 12 Máy tích năng tích năng để tăng áp suất cho dầu từ máy tích năng cung cấp ra trước khi đưa vào máy ép thủy lực (hình 13 ) Sơ đồ, nguyên lí làm việc: chất lỏng có áp suất p1 được đưa từ máy tích năng hoặc bơm vào xilanh qua lỗ 1, làm cho pittông A bị đẩy lên Chất lỏng cũng chảy qua lỗ 2 (rỗng ruột) và bị pittông C nén, do đó áp suất tăng lên thành p2 Đáy pittông C có lỗ 3 dẫn chất lỏng với... độ cao ∆h giữa mặt chất lỏng trong hai nhánh của áp kế đo được, sẽ cho ta là ∆p Áp dụng phương trình Bec-nu-li và phương trình liên tục (định HV: Trịnh Thị Sơn 17 Phân tích chương trình Vật lí phổ thông luật bảo toàn dòng) ta tính được v = 2s 2 ∆p (8), trong đó ρ là khối lượng riêng ρ (S 2 − s 2 ) của chất lưu 4.3.2.3 Đo vận tốc của máy bay nhờ ống Pi-tô Dụng cụ đo vận tốc của máy bay gọi là ống Pi-tô... nhỏ hơn Tích của lực và khoảng cách không đổi, do đó cùng một công thực hiện Tính chất này thường được áp dụng để nâng một chiếc ôtô Công cụ ứng dụng nguyên lý này gọi là đòn bẩy thuỷ tĩnh 4.2.2 Định luật Bec-nu-li cho ống dòng nằm ngang Đây là định luật cơ bản của động học chất lưu lý tưởng 12 Nội dung định luật: Nếu tốc độ của hạt chất lưu tăng khi nó đi theo một đường dòng, thì áp suất của chất lưu... lần lượt là vận tốc chất lưu tại (AB) và (CD) z1, z2 là các độ cao của hai vị trí (AB) và (CD) Hình 9 Trong khoảng thời gian ∆t khối chất lưu (ABCD) chuyển đến vị trí (A’B’C’D’) Vì không có lực ma sát (chất lưu lý tưởng) nên công của áp lực bằng độ biến thiên cơ năng của khối chất lưu Áp lực tại (AB) là p1∆S1 , tại (CD) là p2 ∆S2 Công của áp lực tác dụng lên khối chất lưu trong quá trình chuyển động... 1998 3 Bộ Giáo Dục và Đào Tạo, Chương trình bộ môn Vật lý cấp THPT, Nhà xuất bản Giáo Dục, 2006 4 David Halliday- Robert Resnick- Jearl Walker- (Ngô Quốc Quýnh (dịch), Cơ sở vật lý - tập 2, Nhà xuất bản GD, 1996 5 Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên) và một số tác giả, Sách giáo khoa; Sách giáo viên Vật lý 10 Nâng cao, Nhà xuất bản giáo dục, 2006 6 Lê Công Triêm, Phân tích chương trình Vật lý phổ thông, Nhà... bơm 6 van nâng kích (đẩy dầu từ bơm qua xilanh dưới) 7 van hạ kích [7] 16 Hình 14 Kích ô tô Phân tích chương trình Vật lí phổ thông 4.3.2 Ứng dụng định luật Bec-nu-li 4.3.2.1 Cửa sổ bật mở Nếu một cơn gió mạnh thổi qua trước một của sổ, thì áp suất bên ngoài cửa sổ bị giảm và kính cửa sổ có thể vỡ ra phía ngoài Cơ chế này có tác dụng làm cho những mái bằng phẳng của các toà nhà bị thổi bay lên Khi có... trình Vật lí phổ thông C KẾT LUẬN Phân tích cách tiếp cậnc các kiến thức khoa học vật lý liên quan phần “…” sách giáo khoa chương vật lí 10 đã giúp cho tác giả hiểu sâu hơn vấn đề nghiên cứu Qua việc phân tích trên một phần nào hiểu được ý đồ của mỗi nhóm tác giả sách giáo khoa, từ đó lựa chọn những kiến thức liên quan đến chương trình phổ thông để có định hướng nghiên cứu và phục vụ trong công tác giảng... ống chất lưu Giữa đầu vào và đầu ra, chất lưu chảy qua một vùng hẹp có tiết diện s Một áp kế nối phần rộng của ống đo với phần hẹp Khi chất lưu chảy với tốc độ v từ ống vào miền hẹp thì tốc độ của nó tăng đến V Theo phương trình Bec-nu-li, sự tăng của tốc độ kéo theo sự giảm áp suất của chất lưu Chất lỏng trong áp kế dịch chuyển sang phải, hiệu độ cao ∆h giữa mặt chất lỏng trong hai nhánh của áp kế ... [5] Phương trình Béc-nu -li: p+ ρ v + ρ gz = const (6) Phương trình Béc-nu -li chất lưu lý tưởng Nếu có mặt lực nhớt, xuất hiện, phương trình Béc-nu -li không Daniel Bernoulli (1700 – 1782) Ông nhà... bình gần khí quyển, mức mặt biển Torr (để lưu niệm Evangelius Torricelli, người sáng chế phong vũ biểu thủy ngân năm 1674) gọi hình thức milimet thủy ngân (mmHg) [4] 4.1.2.2 Chất lưu trạng thái... theo ống dòng A = Sv = const (3) Phương trình (3) gọi phương trình li n tục dòng chất lưu Nó cho thấy dòng chất lưu phần hẹp ống dòng chảy nhanh đường dòng gần Lưu ý Hệ thức li n hệ vận tốc dòng