Bài soạn Vật lý lớp 10 - Chương V: Cơ học chất lưu

CHƯƠNG V : CƠ HỌC CHẤT LƯU CHỦ ĐỀ I: ÁP SUẤT THỦY TĨNH – NGUYÊN LÝ PA-XCAN KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Áp suất của chất lỏng (áp suất và áp lực): . F là áp lực của chất lỏng nén lên diện tích S . · Tại mỗi điểm của chất lỏng , áp suất theo mọi hướng là như nhau. · Áp suất ở những điển có độ sâu khác nhau thì khác nhau. · Đơn vị của áp suất trong hệ SI là N/m2 , còn gọi là Pa-xcan(Pa) : 1Pa = 1N/m2. Ngoài ra còn dùng : atmốtphe (atm) ; torr (hay milimet thủy ngân) 1 atm = 1,013.105 Pa . 1 torr = 1mmHg = 133,3 Pa. 2. Áp suất thủy tĩnh ở độ sâu h : . là áp suất khí quyển ở bề mặt thoáng của chất lỏng - đơn vị: Pa là khối lượng riêng của chất lỏng – đơn vị: kg/m3. là độ sâu – đơn vị : m 3. Nguyên ly Pa-xcan : Độ tăng áp suất lên một chất lỏng chứa trong bình kín được truyền nguyên vẹn đến mọi điểm của chất lỏng và thành bình. Từ nguyên lí Pa – xcan ta có thể suy ra công thức tổng quát để tính áp suất thủy tĩnh ở độ sâu h là : . Trong đó bao gồm áp suất khí quyển và áp suất do các ngoại lực nén lên chất lỏng. 4. Máy nén thủy lực : Máy nén thủy lực hoạt động dựa vào nguyên lí Pa-xcan  VÍ DỤ : Ví dụ 1 : Một người nặng 50kg đứng thăng bằng trên một gót đế giày. Cho rằng tiết diện đế giày hình tròn , bằng phẳng , có bán kính 2cm và g = 9,8m/s2. Áp suất của người đặt lên sàn là bao nhiêu? Hướng dẫn : - Áp lực do người tác dụng lên sàn bằng trọng lượng của người đó : F = P = mg - Diện tích bị ép : S = . - Áp suất cần tìm : = .kết quả: 3,9.105 N/m2 Ví dụ 2 : Tính áp áp lực lên một phiến đá có diện tích 2m2 ở đáy một hồ sâu 30m. Cho khối lượng riêng của nước là 103kg/m3 và áp suất khí quyển là pa = 1,013.105 N/m2. Lấy g = 9,8m/s2 . Hướng dẫn : - Áp suất thủy tĩnh ở đáy hồ là : Áp lực lên phiến đá : Þ = kết quả: Ví dụ 3 : Tiết diện của pít tông nhỏ trong một cái kích thủy lực bằng 3cm2 . Để vừa đủ để nâng một ôtô có trọng lượng 15000N lên người ta dùng một lực có độ lớn 225N. Pít tông lớn phải có tiết diện là bao nhiêu? Hướng dẫn : Kí hiệu S1; F1 là tiết diện và lực tác dụng lên pít tông nhỏ. S2; F2 là tiết diện và lực tác dụng lên pít tông lớn. Áp dụng công thức : . với Þ = 200 cm2 Ví dụ 4 : Dướu đáy một thùng gỗ có lỗ hình tròn tiết diện S = 12 cm2. Dậy kín lỗ bằng một nắp phẳng được ép từ ngoài vào bởi một lò xo có độ cứng k = 100 N/m. Đổ vào thùng một lớp nước dày h = 20 cm. Khối lượng riêng của nước là kg/m3. Lấy g = 10m/s2 . Để nước không bị chảy ra ngoài ở lổ đó thì lò xo bị nén một đoạn ít nhát là bao nhiêu? Hướng dẫn : - Áp suất thủ tĩnh ở đáy thùng : Áp lực lên nắp đậy : Lò xo khi bị nét một đoạn x cùng với áp suất của khí quyển đã tác dụng lên nắp đậy một lực từ ngoài vào là : Điềi kiện để nước không chảy ra ngoài là : .kết quả: cm. BÀI TẬP LUYỆN TÂP 1/ Chọn phát biểu sai : A. Áp lực của chất lỏng nén lên vật có phương vuông góc với bề mặt của vật . B. Tại mỗi điểm của chất lỏng , áp suất theo mọi phương là như nhau. C. áp suất ở những điểm có độ sâu khác nhau thì khác nhau . D. Áp suất có giá trị bằng áp lực lên diện tích bề mặt bị ép . 2/ Điền từ thích hợp vào chổ trống : Áp suất ở những điểm có độ sâu . . . . . . . thì . . . . . . A. khác nhau , giống nhau B. giống nhau , khác nhau C. giống nhau , phụ thuộc vào chất lỏng D. khác nhau , khác nhau 3/ Chọn phát biểu sai : A. Áp suất có giá trị bằng áp lực trên một đơn vị diện tích. B. Áp suất là như nhau tại tất cả các điểm trên đáy bình đựng chất lỏng. C. Áp suất ở những điểm có độ sâu khác nhau thì khác nhau. D. Tại mỗi điểm của chất lỏng áp suất theo mọi phương là như nhau. 4/ Điền từ thích hợp nhất vào chổ trống : Áp suất tuyệt đối p ở độ sâu h . . . . . . . áp suất khí quyển . A. nhỏ hơn B. bằng C. lớn hơn D. không bằng 5/ Vật nào sau đây gây ra áp suất lớn nhất xuống sàn nằm ngang khi đặt nằm yên trên sàn ? A. Hình hộp vuông trọng lượng 35 N , có cạnh dài 10cm . B. Hình hộp vuông trọng lượng 35 N , có cạnh dài 15cm . C. Hình trụ trọng lượng 35 N , có bán kính đáy 10cm . D. Hình trụ trọng lượng 35 N , có bán kính đáy 15cm . 6/ Đáy biển có độ sâu 1000m . Biết khối lượng riêng của nước biển là 1030 kg/m3 và áp suất khí quyển là 1,013.105 Pa . Lấy g = 9,8 m/s2. Cứ 1 m2 đáy biển chịu một áp lực là bao nhiêu? Đ/số : 101,95.105 (N) 7/ Một máy ép dùng dầu có hai xy lanh A và B thẳng đứng thông với nhau. Tiết diện của xy lanh A là 5 cm2, của xy lanh B là 100 cm2. Bỏ qua ma sát. Tác dụng lên pít-tông A một lực 30N thì có thể nâng một vật đặt trên pít-tông ở xy lanh B có khối lượng lớn nhất là bao nhiêu? Đ/số : 60 kg. 8/ Một ống chử U tiết diện hai nhánh bằng nhau, hở hai đầu, chứa thủy ngân. Đổ vào nhánh bên trái một lớp nước có chiều cao 6,8 cm. Biết khối lượng riên của thủy ngân gấp 13,6 lần khối lượng riên của nước. Hỏi mặt thoáng thủy nhân ở bên nhánh phải đã dịch lên một khoảng bằng bao nhiêu so với mức cũ? Đ/số : 0,25 cm. CHỦ ĐỀ II: SỰ CHẢY THÀNH DÒNG CỦA CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ ĐỊNH LUẬT BÉC-NU-LI A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Hệ thức giữa tốc độ và tiết diện trong một ống dòng – Lưu lượng chất lỏng Trong một ống dòng, tốc độ của chất lỏng tỉ lệ nghịch với tiết diện : hay . A gọi là lưu lượng chất lỏng Khi chảy ổn định , lưu lượng chất lỏng trong một ống dòng là một hằng số. Định luật Bec-nu-li Ống dòng nằm ngang : Trong một ống dòng nằm ngang tổng áp suất tĩnh và áp suất động tại một điểm bất kì là hằng số : . Trong đó : * p là áp suất tĩnh. * là áp suất động. * là áp suất toàn phần. Ống dòng không nằm ngang(Nâng cao) : . A b h1 h2 Trong đó : z là tung độ của điểm đang xét. Đo áp suất tĩnh và áp suất động Ống a : đo áp suất tĩnh Ống b : đo áp suất toàn phần Đo vận tốc chất lỏng - ống Ven-tu-ri Trong đó : S ; s là hai tiết diện ống Ven-tu ri. là khối lượng riêng của chất lỏng. là hiệu áp suất tĩnh giữa hai tiết diện S và s. 5. Đo vận tốc máy bay nhờ ống pi-tô Trong đó : là độ chênh lệch mức chất lỏng trong hai nhánh, tương ứng với độ che6ng lệch áp suất. là khối lượng riêng của chất lỏng trong 2 nhánh. là khối lượng riên của không khí bên ngoài. VÍ DỤ Ví dụ 1 : Đường kính tiết diện của một ống nước nằm ngang ở vị trí đầu bằng 2 lần đường kính ờ vị trí sau. Biết vận tốc nước ở vị trí đầu là 2 m/s và áp suất ở vị trí này là 5.105 Pa. Biết khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3. Áp suất nước ở vị trí đầu là bao nhiêu ? Hướng dẫn : v1 d1 = 2d2 ; d1 d2 p1 p2 Tìm : p2 ? Đề tìm được p2 theo định luật Béc-nu-li, ta cần phải tìm vận tốc dòng  : Với tiết diện hình tròn là : , kết quả : = 8 m/s. Vận dụng phương trình Béc-nu-li cho ống dòng nằm ngang : Þ Kết quả : (Pa) Ví dụ 2 : Nước có khối lượng riêng 1000 kg/m3 chảy qua một ống nằm ngang thu hẹp dần từ tiết diện đến . Hiệu áp suất giữa chổ rộng và chổ hẹp là 4122 Pa. Lưu lượng của nước trong ống là bao nhiêu ? Hướng dẫn : Áp dụng công thức lưu lượng chất lỏng : . Vận dụng phương trình Béc-nu-li cho ống dòng nằm ngang : Þ Þ ................................................................................................. Kết quả : A= S1.v1 =2.10-3m3/s h2 x h1 x = ? y Ví dụ 3* : Thành bình có một cái lỗ nhỏ cách đáy bình khoảng h1 = 25 cm. Bình được đặt trên mặt bàn nằm ngang. Lúc mặt thoáng của nước trong bình cách lổ khoảng h2 = 16 cmthi2 tia nước thoát ra khỏi lổ chạm mặt bàn cách lổ một đoạn bằng bao nhiêu (tính theo phương ngang)? Hướng dẫn : (Đây là bài toán cần phài vận dụng kiến thức của phần động học nên hầu hết học sinh cảm thấy khó khăn) - Tại thời điểm mặt thoáng của nước cách lổ khoảng h2, vận tốc phần tử nước ở mặt thoáng bằng không, vận tốc phần tử nước ở lỗ là v0, ta có : (1) - Khi nước chảy ra khỏi lỗ, các giọt nước chuyển động như vật chuyển động ném ngang với các phương trình chuyển động: Þ , với y = h1 thì (2) Từ (1) và (2) các bạn sẽ tìm được Ví dụ 4* : Một ống dẫn nước vào tầng trệt có đường kính trong là d, tốc độ nước là 1,5 m/s và áp suất 2.105 Pa. Sau đó ống thắt hẹp dần đến đường kính trong là khi lên đến tầng lâu cao 5 m so với tầng trệt. Biết khối lượng riên của nước là 1000 kg/m3 và lấy g = 10 m/s2. Áp suất nước ở tầng lâu bằng bao nhiêu ? Hướng dẫn : - Gọi tốc độ nức ở tầng lầu là v2 : = 6 m/s. - Áp dụng phương trình Béc-nu-li cho ống dòng không nằm ngang : . Biến đổi biểu thức này và chú ‎ = 5 m sẽ tìm được p2 . Kết quả : p2 = 1,33.103 Pa. C. BÀI TẬP LUYỆN TẬP 1/ Chọn câu trả lời sai : A. Chất lỏng lí tưởng là chất lỏng thỏa mãn điều kiện chảy thành dòng và không nén được. B. Chuyển động của chất lỏng có thể chia thành hai loại chính: chảy ổn định và chảy không ổn định . C. Trong một ống dòng , tốc độ của chất lỏng tỉ lệ với diện tích tiết diện của ống . D. Trong dòng chảy của chất lỏng , ở nơi có vận tốc càng lớn thì ta biểu diễn các đường dòng càng sít nhau. 2/ Chọn câu trả lời đúng . Khi chảy ổn định , lưu lượng chất lỏng trong một ống dòng là : A. Luôn luôn thay đổi B. Không đổi C. Xác định D. Không xác định 3/ Chọn câu trả lời đúng . Trong dòng chảy của chất lỏng : A. Nơi có vận tốc càng bé thì ta biểu diễn các đường dòng càng sít nhau . B. Nơi có vận tốc càng lớn thì ta biểu diễn các đường dòng càng sít nhau . C. Nơi có vận tốc càng lớn thì ta biểu diễn các đường dòng càng xa nhau . D. Nơi có vận tốc càng lớn thì ta biểu diễn các đường dòng càng khó . 4/ Chọn câu trả lời đúng. Ống ven- tu- ri dùng để đo vận tốc chất lỏng trong ống dẫn nằm ngang hoạt động với nguyên tắc dựa trên : A. Đinh luật Pa-xcan B. Định luật Bécnuli C. Định luật Bôilơ – Maríôt . D. định luật Bécnuli và Đinh luật Pa-xcan 5/ Chọn câu trả lời đúng . Trong công thức liên hệ giữa áp suất p và vận tốc v tại các điểm khác nhau trên một ống dòng : . Đại lượng rv2 có thứ nguyên của : A. Áp suất B. Thể tích C. Vận tốc D. Khối lượng riêng. 6/ Câu nào sau đây là không đúng . A. Độ tăng áp suất lên một bình kín truyền đi nguyên vẹn trong bình. B. Khi lặn xuống càng sâu trong nước thì ta chịu một áp suất càng lớn. C. Độ chênh áp suất ở hai điểm khác nhau trong chất lỏng không phụ thuộc vào áp suất khí quyển ở mặt thoáng. D. Áp suất của chất lỏng không phụ thuộc vào khối lượng riêng của chất lỏng. 7/ Câu nào sau đây là không đúng ? A. Định luậtBécnuli áp dụng cho chất lỏng và chất khí chảy ổn định . B. Trong ống dòng nằm ngang , nơi nào có các đường dòng nằm sít nhau thì áp suất tĩng nhỏ C. Áp suất toàn phần tại một điểm trong ống dòng nằm ngang tỉ lệ bậc nhất với vận tốc dòng D. Trong ống dòng nằm ngang , nơi nào có tốc độ lớn thì áp suất tĩnh nhỏ ,nơi nào có tốc độ nhỏ thì áp suất tĩnh lớn. 8/ Phát biểu nào sau đây là không đúng ? A. Chất lỏng nén lên vật nhúng trong nó theo mọi phương vuông góc với bề mặt vât B. Tại mỗi điểm của chất lỏng áp suất theo mọi phương là như nhau C. Áp suất thuỷ tĩnh ở độ sâu h bằng : p = pa + rgh D. Công thức cho sự thay đổi áp suất theo độ sâu : p1 – p2 = rg(y2 – y1) 9/ Điền từ thích hợp vào chổ trống. Độ tăng . . . . . . . . .lên một chất lỏng chứa trong bình kính được truyền đi . . . . . . cho mọi điểm của chất lỏng và của thành bình. A. áp suất , theo mọi hướng B. thể tích , nguyên vẹn C. áp suất , nguyên vẹn D. nhiệt độ , nguyên vẹn 10/ Phát biểu nào sau đây là đúng ? A. Áp lực là đại lượng vô hướng . B. Áp lực không phụ thuộc vào hướng của mặt bị nén. C. Áp suất tại mọi điểm đều bằng nhau. D. Áp suất không phụ thuộc vào hướng của mặt bị nén. 11/ Phát biểu nào sau đây là không đúng ? Áp suất tại đáy của một bình đựng chất lỏng phụ thuộc vào : A. Gia tốc trọng trường . B. Khối lượng riêng của chất lỏng . C. Chiều cao cột chất lòng . D. Diện tích của mặt thoáng chất lỏng . 12/ Lưu lượng nước trong ống nằm ngang là 2m3/phút . Tốc độ của chất lỏng tại một điểm của ống có đường kính 10cm là : A. 2,05 m/s B. 1,06 m/s C. 1,12 m/s D. 1,50 m/s 13/ Một ống nằm ngang có đoạn bị thắt lại. Biết rằng áp suất bằng 8.104Pa tại điểm có vận tốc 2m/s và tiết diện của ống là S. Chổ bị thắt tiết diện ống nhỏ đi 4 lần .Tốc độ và áp suất tại nơi có tiết diện ống bị thắt là : A. 8m/s ; 4.104 Pa B. 8m/s ; 6.104 Pa C. 8m/s ; 5.104 Pa D. 6m/s ; 7.104 Pa 14/ Một bình hình trụ đựng nước , có đường kính đáy là 10cm và chiếu cao cột nước là 20cm . Đặt khít lên bề mặt thoáng của nước một pít tông có khối lượng m = 1kg . xác định áp suất tại đáy bình . Lấy g = 10m/s2. Hướng dẫn : áp dụng định luật Pa-xcan : p = png + rgh. Trong đó Png bao gồm và áp suất do trọng lượng pít tông gây ra là . 15/ Một bình hình trụ đường kính 10cm. mặt đáy có khoét một lổ tiết diện 1cm2. Người ta cho nước chảy qua bình với lưu lượng 1,4.10 - 4 m3/s. Xác định tốc độ dòng nước tại mặt thoáng của bình và lổ ở đáy bình ? Xác định chiều cao cột nước cần đưa vào trong bình để có lưu lượng chảy như trên? Đáp số : a) 17,8.10-3m/s ; 1,4 m/s . b) 10cm . 16/ Áp suất khí quyển ở điều kiện chuẩn bằng . Một cơn bão đến gần , chiều cao của cột thủyy ngân trên phong vũ biểu giảm đi 20mm so với lúc bình thường . Biết khối lượng riêng thủy ngân là . Hỏi áp suất khí quyển lúc đó bằng bao nhiêu ? Hướng dẫn : Áp suất khí quyển cân bằng với áp suất của cột thủy ngân, do đó ta phải xác định được chiều cao cột thủy ngân khi cơn bão đến gần. Muốn vậy trước tiên ta tìm chiều cao của cột thủy ngân tiêu chuẩn theo công thức , chiều cao cột thủy ngân khi cơn bảo đến gần là ® . 17/ Một cánh máy bay có diện tích 25m2, khi máy bay bay theo đường thẳng nằm ngang với vận tốc đều thì vận tốc dòng khí ở dưới cánh máy bay là 60m/s còn phía trên cánh là 80m/s. Biết khối lượng riêng của không khí là 1,21kg/m3. xác định lực nâng tác dụng vào hai cánh máy bay . Hướng dẫn : sử dụng định luật Bé- nu-li cho hai vị trí trên và dưới cánh máy bay để tìm độ chênh lệch áp suất là: , từ đó xác định lực nâng hai cánh máy bay là . 18/ Một ống Pi-tô trên máy bay đang bay ở tầm cao , đo được độ chênh lệch áp suất giữa hai nhánh là 180 Pa. Hỏi vận tốc máy bay lúc đó bằng bao nhiêu ? cho biết khối lượng riêng của khí quyển ở độ cao đó là 0,031kg/m3. Hướng dẫn : áp dụng công thức . CHÚC CÁC EM HOÀN THÀNH TỐT CHƯƠNG V