Đề tài áp suất phụ...

I/ Lý do chọn đề tài Trong cuộc cải cách của toàn ngành giáo dục về hệ thống sách giáo khoa,phơng pháp giảng dạy ., nhằm đáp ứng đợc nhu cầu giáo dục của thời đại . Vật lý học cũng phải đổi mới mạnh mẽ vì nó là bộ môn gắn liền với thực nghiệm, và có nhiều vấn đề gắn liền với cuộc sống, với tự nhiên. Thực tế không phải bài giảng nào học sinh cũng lĩnh hội đợc lợng kiến thức mà sách giáo khoa đa ra, cũng không phải giáo viên nào đều nắm sâu sắc những vấn đề mà sách giáo khoa đa ra. Chẳng hạn nh vấn đề về áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng. Đây là vấn đề đi sâu vào thế giới vi mô, đòi hỏi sự sâu sắc về kiến thức phân tử và khả năng trừu tởng cao. Nhng vấn đề này sách giáo khoa cha cung cấp đầy đủ, vả lại các sách tham khảo ít nói về vấn đề này. Chính vì vẩy, tôi thiết nghĩ vấn đề áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng cần phải đợc làm sáng tỏ. II/ Cơ sở khoa học. 1/ Thuyết động học phân tử về cấu tạo chất. Trong nội dung của thuyết động học phân tử về cấu tạo chất, chúng ta quan tâm đến sự tơng tác giữa các phân tử. 2/ Điều kiện cân bằng của một chất điểm: 3/ Quy tắc toán học: Quy tắc cộng véc tơ. Quy tắc hình chiếu. 4/ Công thức Laplaxơ về tính áp suất phụ: p = . ( ) 5/ Lực căng mặt ngoài f= l III/ Điều kiện giải thích: Chúng ta chỉ xét trờng hợp dính ớt hoàn toàn hoặc không dính ớt hoàn toàn. 1 F = 0 1 R 1 R + chuyên đề áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng 1/ áp suất phụ. Trong các hình trụ có kích thớc không lớn thì mặt ngoài của chất lỏng làm ớt có dạng lõm,chất lỏng không làm ớt có dạng lồi. Những dạng này gọi chung là mặt khum, điều này đợc giải thích nh sau: Một phần tử ở tiếp giáp của 3 môi trờng rắn, lỏng, khí, chịu lực hút f rl (lực hút của phần tử rắn lên phần tử lỏng) và f ll ( lực hút của phần tử lỏng lên phần tử lỏng ). Bỏ qua lực hút của phần tử khí lên phần tử lỏng. Ta phân tích f hợp lực của f rl và f ll thành hai thành phần : f 1 vuông góc với mặt phân cách và f 2 tiếp tuyến với mặt phân cách (Hình 1.1), chỉ có phần tử f 2 kéo phần tử chất lỏngở chỗ tiếp giáp hớng về chất rắn (hoặc kéo xa chất rắn ). Kết quả phần tử lỏng ở chỗ tiếp giáp sẽ dịch chuyển, làm cho mặt phân cách ở chỗ tiếp giáp không còn vuông góc với thnhf bình mà trở thành mặt khum. Bây giờ ta xét những phần tử ở mặt khum, ngay chỗ tiếp giáp thì điều kiện cân bằng của phần tử là f hợp lực của f rl và f ll phải vuông góc với mặt khum(Hình 1.2). Nếu phân tích các lực f rl và f ll thành những lực thành phần theo phơng vuông góc và phơng tiếp tuyến với mặt khum của chất lỏng ở chỗ tiếp giáp thì điều kiện cân bằng của phần tử đó phát biểu lại nh sau: Thành phần tiếp tuyến của f rl và f ll phải trực đối với nhau. Trong trờng hợp này lực căng mặt ngoài dợc coi nh là tổng hợp tất cả các thành phần của f ll (hoặc f rl ) theo phơng tiếp tuyến với mặt khum tác dụng lên các phần tử ở chỗ tiếp giáp (Hình 1.3). Nếu mặt ngoài là mặt khum lồi thì dới tác dụng của lực căng mặt ngoài nói trên, mặt khum lồi sẽ tạo thành một áp suất nén xuống chất lỏng ở dới. Nếu mặt ngoài là mặt khum lõm thì dới tác dụng của lực căng mặt ngoài nói trên, mặt khum lõm sẽ tạo thành một áp suất kéo chất lỏng ở dới lên. áp suất do mặt khum tác dụng vào chất lỏng nh vậy gọi là áp suất phụ. 2 2/ biểu thức tính áp suất phụ a/ Tr ờng hợp mặt ngoài là một phần mặt cầu . Ta xét mặt ngoài là lồi: Xét diện tích nguyên tố S (Hình 4). Lực f đặt lên nguyên tố đờng vòng l có giá trị là f = .l vì tiếp xúc với mặt cầu nên lực f tạo thành với bán kính OC một góc , thành phần f 1 song song với OC nén khối chất lỏng dới diện tích S tạo nên một áp suất phụ dơng, tổng hợp lực của f 1 chảy dọc đờng dới hạn của S là : f 1 = f 1 = .sin.l = .sin.2r Trong đó r là bán kính đờng tròn. Mặt khác ta có : sin =r/R với R = OC. Vậy f 1 = .2r 2 /R Do đó áp suất phụ gây bởi mặt khum lồi là : P= f 1 /r 2 = 2 / R Nếu mặt lõm thì tơng tự ta có : P= - 2 / R b/ Nếu mặt ngoài có dạng bất kỳ Công thức Laplaxơ cho phép ta tính áp suất phụ gây bởi mặt khum là: P = .(1/ R 1 + 1/R 2 ) Theo công thức này thì mặt lồi R > 0, mặt lõm thì R< 0. Nếu là bán cầu thì R 1 = R 2 , lúc này ta có : P= 2 / R 3 f 2 f f f 1 Hình 1.1 Hình1.2 S l f o f f f 1 C Hình 1.3 Hình 1.4 Ta xét trờng hợp dính ớt hoàn toàn, trong một số trờng hợp đơn giản sau: 2.1 sự dính ớt hoàn toàn trong ống mao dẫn. Lực căng mặt ngoài có phơng dọc theo thành ống mao dẫn. Trong trờng hợp này mặt khum có dạng bán cầu, với bán kính R = d/2 ( d là đờng kính của ống mao dẫn), thì áp suất phụ gây nên bởi mặt khum là: 4 P= 2 / R = 4 / d 2.2 sự dính ớt hoàn toàn của chất lỏng với hai bản thuỷ tinh đặt song song cách nhau một khoảng d. Lực căng mặt ngoài có phơng song song với mặt thuỷ tinh. Trong trờng hợp này mặt khum có dạng bán trụ, với bán kính R = d/2 (d là khoảng cách giữa hai bản song song), thì áp suất phụ gây bởi mặt khum là: P= / R = 2 / d 5 Quỳnh lu, ngày 15 tháng 10 năm 2006. Ngời thực hiện Tạ Đình Hiền QLI Tài liệu tham khảo: 1. vật lý đại cơng. Nhà xuất bản giáo dục. 2. Vật lý phân tử và nhiệt học. Nhà xuất bản giáo dục-1978 6 . thành một áp suất kéo chất lỏng ở dới lên. áp suất do mặt khum tác dụng vào chất lỏng nh vậy gọi là áp suất phụ. 2 2/ biểu thức tính áp suất phụ a/ Tr. không dính ớt hoàn toàn. 1 F = 0 1 R 1 R + chuyên đề áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng 1/ áp suất phụ. Trong các hình trụ có kích thớc không lớn