Sử dụng tiếng anh cho vật lí trong phân dạng bài tập phần cơ học chất lưu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ - ĐỖ PHƯƠNG THẢO SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN CƠ HỌC CHẤT LƯU KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lý đại cương HÀ NỘI, 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ - ĐỖ PHƯƠNG THẢO SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN CƠ HỌC CHẤT LƯU KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lý đại cương Người hướng dẫn khoa học GV ThS HOÀNG VĂN QUYẾT HÀ NỘI, 2018 LỜI CẢM ƠN Trước trình bày nội dung khóa luận, tơi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Hồng Văn Quyết người định hướng chọn đề tài tận tình hướng dẫn để tơi hồn thành khóa luận Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy cô giáo giảng dạy chuyên ngành Vật lý đại cương trường Đại học sư phạm Hà Nội giúp đỡ tơi suốt q trình học tập làm khóa luận Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ tạo điều kiện mặt trình học tập để tơi hồn thành khóa luận Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Đỗ Phương Thảo LỜI CAM ĐOAN Dưới hướng dẫn ThS Hoàng Văn Quyết khóa luận tốt nghiệp đại học chun ngành Vật lí đại cương với đề tài “Sử dụng tiếng anh cho vật lí phân dạng tập phần học chất lưu” hồn thành nhận thức thân, khơng trùng với khóa luận khác Trong nghiên cứu khóa luận, tơi kế thừa thành tựu nhà khoa học với trân trọng biết ơn Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Đỗ Phương Thảo MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THYẾT 1.1 TĨNH HỌC CHẤT LƯU 1.1.1 Một số khái niệm mở đầu 1.1.2 Phương trình cân chất lưu 1.1.3 Sự phân bố áp suất chất lưu 1.1.4 Nguyên lí Pascal 1.1.5 Định luật Archimedes 1.2 ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƯU LÍ TƯỞNG 1.2.1 Một số khái niệm 1.2.2 Phương trình liên tục 1.2.3 Định luật Bernoulli 1.2.4 Hệ ứng dụng định luật Bernoulli 10 1.3 ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƯU THỰC 11 1.3.1 Định luật Poiseuille 11 1.3.2 Số Reynolds 12 1.4 CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN TRONG CHẤT LƯU 12 1.4.1 Lực cản ma sát 13 1.4.2 Lực cản áp suất 13 1.4.3 Lực nâng 14 CHƯƠNG 2: PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN CƠ HỌC CHẤT LƯU 15 2.1 Exercises about pressure and the Pascal’s Principle 15 ’ 2.2 Exercises about buoyancy and Archimedes s Principle 19 2.3 Exercises about fluid flow and the equation of continuity 23 2.4 Exercises about Bernoulli s Equation 25 2.5 Exercises about Poiseuille s Equation 28 2.6 Exercises about friction resistance, pressure resistance, viscosity30 ’ ’ KẾT LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 MỞ ĐẦU 1.Lí chọn đề tài Thời đại mà sống thời đại phát triển bùng nổ tri thức nhân loại Sống thời đại dân tộc phải tìm cách hội nhập Khó khăn chung đại đa số nước phát triển điều kiện lịch sử mang lại, khoảng cách với nước phát triển khơng lớn mà có khuynh hướng ngày lớn đất nước ta khơng nằm ngồi khó khăn chung đó.Vì để đẩy nhanh tốc độ cần phải học hỏi kinh nghiệm nước tiên tiến vận dụng cách sáng tạo để tìm đường phát triển riêng Trong chiến lược xây dựng phát triển, yếu tố đóng vai trò định phát triển thành công người Với yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực có trình độ cao đáp ứng với nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, giáo dục - đào tạo đối mặt với thách thức lớn điều đòi hỏi ngành giáo dục cần tạo bước tiến nghiệp phát triển giáo dục đào tạo: không ngừng đổi giáo dục nội dung, phương pháp hình thức tổ chức; trọng nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực đặc biệt nguồn nhân lực chất lượng cao nhằm đáp ứng yêu cầu xã hội Cụ thể việc Bộ giáo dục xuất đưa sách song ngữ vào giảng dạy thay cho sách sử dụng tiếng mẹ đẻ trước Trên thực tế việc lồng ghép tiếng anh vào giảng dạy mơn học nói chung mơn vật lý nói riêng thực điều cần thiết trở nên cấp bách hết Trước nhu cầu xã hội, tơi định chọn“ Sử dụng tiếng anh cho vật lý phân dạng tập phần học chất lưu” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu đề tài - Phân dạng tập phần học chất lưu tiếng anh Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Các kiến thức phần học chất lưu tiếng anh cho chuyên ngành Vật lý - Phạm vi: Xét Vật lý cổ điển Nhiệm vụ nghiên cứu - Trình bày logic khoa học lý thuyết phần học chất lưu - Phân dạng toán học chất lưu tiếng anh Phương pháp nghiên cứu - Đọc, tra cứu tổng hợp tài liệu Đóng góp đề tài - Làm tài liệu tham khảo cho học sinh phổ thông sinh viên CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THYẾT 1.1 TĨNH HỌC CHẤT LƯU 1.1.1 Một số khái niệm mở đầu Chất lưu bao gồm chất lỏng chất khí chất dễ chảy, dễ trượt Về mặt học chất lưu quan niệm mơi trường liên tục tạo thành chất điểm liên kết với nội lực tương tác (nói chung lực hút) Các chất lưu có tính chất tổng qt sau: - Chúng có hình dạng khơng xác định (phụ thuộc vào hình dạng bình chứa) - Các chất lưu bao gồm chất lưu dễ nén (chất khí) chất lưu khó nén (chất lỏng) Khi chất lưu bị nén (hay giãn) chất lưu xuất lực đàn hồi tác dụng, gọi lực biến dạng đàn hồi thể tích - Khi chất lưu chuyển động, lớp chất lưu chuyển động với vận tốc khác nhau, có lực tương tác gọi lực nội ma sát hay lực nhớt Nếu có hai lớp chất lưu chuyển động với vận tốc v1 v2 , giả sử v1  v2 Khi lực nội ma sát tác dụng lên lớp chất lưu có vận tốc v1 ngược chiều chuyển động tác dụng lên lớp chất lưu có vận tốc v2 chiều chuyển động Lực gọi lực biến dạng đàn hồi trượt Chất lưu lí tưởng: Chất lưu lí tưởng chất lưu hồn tồn khơng nén chất khơng có lực nhớt tác dụng Nói cách khác, chất lưu lí tưởng có lực biến dạng đàn hồi thể tích tác dụng mà khơng có lực biến dạng đàn hồi trượt tác dụng Hệ quả: Lực tương tác lớp chất lưu lí tưởng ln ln vng góc với mặt tiếp xúc lớp Nói cách khác, lực tương tác phần tử chất lưu lí tưởng xung quanh lên phần tử chất lưu ta xét ln vng góc với bề mặt Một chất lưu khơng lí tưởng gọi chất lưu thực Theo định nghĩa chất lưu chất lưu thực Tuy nhiên, chất lỏng linh động (không nhớt) vận tốc chuyển động lớp chất lưu nhỏ tạm coi chất lưu lí tưởng 1.1.2 Phương trình cân chất lưu Xét phần tử chất lưu có dạng hình trụ, trục song song với trục 0x , diện tích đáy dS , chiều dài dx Lực tác dụng lên phần tử có hai loại: lực mặt lực khối Lực mặt lực phần tử xung quanh tác dụng lên phần tử này, ln vng góc với mặt giới hạn Lực khối lực tác dụng lên tồn thể tích phần tử chất lưu ta xét Trong trường trọng lực, lực khối trọng lực tác dụng lên phần tử Hình 1.1 Ftl  dmg dV.g  (1) Trong đó:  : khối lượng riêng chất lưu dV : thể tích phần tử chất lưu Hình chiếu lực mặt phương trục 0x tác dụng lên phần tử chất lưu hợp lực tác dụng lên hai đáy p x  dS p xdx  dS Các lực tác dụng lên mặt xung quanh vng góc với 0x nên hình chiếu chúng lên 0x khơng, p áp suất Vậy, hình chiếu lực mặt tác dụng lên phần tử trục 0x là: P P  Px    Pxdx  dS  dP dS   dx dS   dV   x x Answer: 12.6m s Exercise 2.4.5 What is the volume rate of flow of water from a 1.85cm diameter faucet if the pressure head is 12.0m ? Answer: 4.12103 m3 s Exercise 2.4.6 A 180km h wind blowing over the flat roof of a house causes the roof to lift off the house If the house is 6.2m12.4m in size, estimate the weight of the roof Assume the roof is not nailed down Answer: 1.2105 N ’ 2.5 Exercises about Poiseuille s Equation Exercise 2.5.1 What must be the pressure difference between the two ends of a 1.6km section of pipe, 29cm in diameter, if it is to transport oil    950kg  s m ,   0.20 Pa at a rate of 650 cm s ? Solution ’ Use Poiseuille equation to find the pressure difference  R  P 2 P1 Q 8l 8Ql   P2  P1   R4  s 106 m3 cm3   0.20 Pa  s 1600m   650cm3   1198 Pa   0.145m 4 Exercise 2.5.2 A patient is to be given a blood transfusion The blood is to flow through a tube from a raised bottle to a needle inserted in the vein (Fig 2.11) The inside diameter of the 25mm long needle is 0.80mm , and the required flow rate is of blood per minute How high h should the bottle be placed above the needle? Obtain  and n from the Tables Assume the blood pressure is 78 torr above atmospheric pressure Solution The fluid pressure must be 78torr higher than air pressure as it exits the needle so that the blood will enter the vein The pressure at the entrance to the needle must be higher than 78torr , due to the viscosity of the blood To produce that excess Fig 2.11 pressure, the blood reservoir is placed above the level of the needle Use Poiseuille’s equation to calculate the excess pressure needed due to the viscosity, and then find the height of the blood reservoir necessary to produce that excess pressure  R  P 2 P 1 Q P 8blood l  P 1 R 8Q bloodl   gh blood 8Qblood l    1P    bloodg   R  1.04 m  h  Exercise 2.5.3 A gardener feels it is taking too long to water a garden with a - in- diameter hose By what factor will the time be cut using a - in8 diameter hose instead? Assume nothing else is changed Solution From Poiseuille’s equation, the volume flow rate Q is proportional to Q V R if all other factors are the same Thus  is constant If the R t R volume of water used to water the garden is to be same in both cases, then tR is constant  R  tR t R t t 1 2 4  t 38   0.13t   R 2    58  Thus the time has been cut by 87% Exercise 2.5.4 What diameter must a 15.5m long air duct have if the ventilation and heating system is to replenish the air in a room 8.0m14.0m every 15.0 min? Assume the pump can exert a gauge 4.0m pressure of 0.710 103 atm Answer: 0.094m Exercise 2.5.5 Engine oil passes through a fine 1.80mm diameter tube that is 10.2cm long What pressure difference is needed to maintain a flow rate of 6.2mL / ? Answer: 8200 Pa Exercise 2.5.6 Assuming a constant pressure gradient, if blood flow is reduced by 65% , by what factor is the radius of a blood vessel decreased? Answer: 23% 2.6 Exercises about friction resistance, pressure resistance, viscosity Exercise 2.6.1 A lead sphere is steadily sinking in glycerin whose viscosity is equal to  13.9 P What is the maximum diameter of the sphere at which the flow around that sphere still remains laminar? It is known that the transition to the turbulent flow corresponds to Reynolds number Re  0.5 (Here the characteristic length is taken to be the sphere diameter.) Solution We have R  v0 d  v is given by : 4 6 rv   Thus  r      g gv   9 gr     18 gd d3  2 18 (   density of lead, 0  density of glycerine) 13 d  92    0  g  on putting the values 5.2mm Exercise 2.6.2 Theory: Let us consider a small sphere of diameter about 5mm falling freely through a viscous medium which is the experimental liquid Given r  radius of the sphere   density of the material of the sphere   density of the experimental liquid Fig 2.12 Let v be the velocity of the sphere The force acting on the sphere 1) The weight w  mg acting along vertically downward direction 2) The buoyant forcce B acting along vertically upward direction 3) The viscous force F acting along opposite to the direction of motion i.e along vertically upward direction Solution We using stokes formula: K  6 r Where F  6 rv  (1) (2) Kv Hence the resultant downward force on the sphere RW B F R  W  B  Kv (3) Initially v  0, R  W  B  , thus there is a resultant downward force due to which the sphere starts falling with an acceleration and the velocity v increases continuously As v increases R decreases continuously and becomes zero The moment R vanishes acceleration becomes constant, the sphere continues to fall with velocity  vt  known as terminal velocity Thus when V  vt , then 0WB Kvt Kvt  W  B (4) R0 W  volume  density   g  r3 (5) g B  weight of equal volume of liquid  (6) rg 3 Putting equation  2 ,  5 ,  6 in   we get 4  r  g   r 3 g 3 2r g       9vt 6 rv t  Using equation   coefficient of viscosity can be calculated (7) Exercise 2.6.3 A tube of length l and radius R carries a steady flow of fluid whose density is  and viscosity  The fluid flow velocity depends on the distance r from the axis of the tube as r v v0 1    Find: R a) the volume of the fluid flowing across the section of the tube per unit time; b) the kinetic energy of the fluid within the tube's volume; c) the friction force exerted on the tube by the fluid; d) the pressure difference at the ends of the tube Solution a) Let dV be the volume fowing per second through the cylindrical shell of thickness dr then, r r dV   2 r dr1    2 v r   dr R   v0 R2    The total volume,  r  V v  r dr 2v   20  0 R  R R2   2 Rv b) Let, dE be the kinetic energy, within the above cylindrical shell Then 1 2 dm  v   2 r l d r   v  2 r   23r r  2 dr   2 l   r dr v   r   lv   R2 R R    dT  Hence, total energy of the fluid, R 2r r   R2  v2  T  l v r  dr     R R  c) Here frictionl force is the shearing force on the tube, exerted by the fluid, equals  Sdv dt r   Given, v  v0 1 2 R   So, dv dr  2v r R2 dv v And at r  R,  2 dr R Then, viscoue force is given by,  2v0  F dv   2 Rl  4 v l   2 Rl  dr  R   r R   d) Taking a cylindrical shell of thickness dr and radius r viscous force, F    2 rldv dr , Let p be the pressure difference, then net force on the element  p r  2lr d v dr Fnet  But, since the flow is steady, r   dv 2 l r  2v0 2 l r l  dr or, p    0v 2  R r R  2 r Exercise 2.6.5 In the arrangement shown in Fig 2.13 a viscous liquid whose density is lows along a tube out of a  1.0 g cm wide tank Find the velocity of the liquid flow, if h1 10cm,h  20cm,h3  35cm All the distances l are equal Fig 2.13 Answer: v 1m s Exercise 2.6.6 A steel ball of diameter d  3.0mm starts sinking with zero initial velocity in olive oil whose viscosity is   0.90 P How soon after the beginning of motion will the velocity of the ball differ from the steady-state 3 velocity by n 1.0%? Given density of 7.810 kg m steel d 2 Answer: t   ln n 18 KẾT LUẬN Khóa luận: “Sử dụng tiếng anh cho vật lí phân dạng tập phần học chất lưu” hoàn thành đảm bảo mục tiêu đề : - Trình bày lại sở lí thuyết học chất lưu cách logic, ngắn gọn - Phân dạng tập học chất lưu tiếng anh gồm dạng có tập mẫu tập tự giải có đáp số Do thời gian hiểu biết hạn chế nên khóa luận khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, mong nhận đóng góp từ quý thầy cô bạn để để tài hoàn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Đình Trọng, Giáo trình học, Nhà xuất đại học sư phạm Hà Nội - 2013 Phạm Viết Trinh - Nguyễn Văn Khánh - Lê Văn, Bài tập Vật lý đại cương, tập 1, Nhà xuất giáo dục - 1982 Hana Dobrovolny, Lecture note for Physics 10154: General Physics, Department of Physics & Astronomy, Texas Christian University, Fort Worth, TX, December - 2012 I.E.Irodov, Problems in General Physics, Mir Publishers Moscow - 1981 Hoàng Văn Quyết, General mechanics, Nhà xuất đại học sư phạm Hà Nội - 2017 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ - ĐỖ PHƯƠNG THẢO SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN CƠ HỌC CHẤT LƯU KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lý đại... đề tài Sử dụng tiếng anh cho vật lí phân dạng tập phần học chất lưu hồn thành nhận thức thân, không trùng với khóa luận khác Trong nghiên cứu khóa luận, kế thừa thành tựu nhà khoa học với trân... ghép tiếng anh vào giảng dạy mơn học nói chung mơn vật lý nói riêng thực điều cần thiết trở nên cấp bách hết Trước nhu cầu xã hội, định chọn“ Sử dụng tiếng anh cho vật lý phân dạng tập phần học chất