Nguyên lí Pascal, Áp suất là gì? cơ học chất lưu

Vật lý 10.V Cơ học chất lưu T.Trường 27/9/16 33,160 0
  1. Nguyên lí Pascal (nguyên lí truyền áp lực của chất lỏng) áp suất từ bất kỳ vị trí nào bên trong lòng chất lỏng được truyền đi nguyên vẹn theo mọi phương bên trong lòng chất lỏng.

    1/ Áp suất là gì?

    Áp suất là đại lượng vật lý đặc trưng cho tác dụng của áp lực nén vuông góc lên một bề mặt có diện tích xác định.
    Biểu thức của áp suất
    \[p=\dfrac{F}{S}\]​
    trong đó
    • p: áp suất (Pa)
    • F: áp lực (lực nén, lực ép …) (N)
    • S: diện tích bề mặt chịu áp lực (m2)
    • Đơn vị của áp suất 1Pa=1N/1m2=760mmHg
    Các ví dụ vật lý về áp suất:
    [​IMG] Các lưỡi dao được mài mỏng (mảnh) để làm giảm diện tích tiếp xúc với vật được cắt từ đó nâng cao tác dụng của áp lực (tăng áp suất nén lên bề mặt vật cắt) làm cho tác dụng cắt được dễ dàng hơn.
    [​IMG] Với một chiếc đinh ghim nhỏ đầu nhọn, khi tiếp xúc với quả bóng sẽ tạo ra áp suất đủ lớn để phá vỡ lớp vỏ bóng làm cho bóng bị nổ
    [​IMG] Với nhiều chiếc đinh ghim hơn, diện tích tiếp xúc với bề mặt bóng tăng lên làm giảm áp suất dẫn đến tác dụng của áp lực lên quả bóng giảm nên cần phải có nhiều lực hơn mới có thể làm cho quả bóng nổ
    [​IMG] Cũng vận dụng kiến thức về áp suất trên, trong các cuộc thi biểu diễn võ thuật các võ sư cần một bàn chông với nhiều mũi chông hơn để làm giảm áp suất (giảm tác dụng) của áp lực lên người từ đó có thể thực hiện được các động tác biểu diễn khó nhưng vẫn đảm bảo an toàn.

    Khuyến cáo: mặc dù đã giảm rất nhiều tác dụng của áp lực nhưng đối với người bình thường chưa luyện qua khí công việc biểu diễn trên cũng mang lại nguy hiểm đến tính mạng vì vậy bạn không nên thử làm theo.

    [​IMG] Các loại máy xúc thường được trang bị bánh xích thay vì bánh lốp cao su như ô tô thường nhằm mục đích tăng diện tích tiếp xúc với mặt được làm giảm tác dụng của áp lực lên mặt đường nhớ đó mà nó có thể di chuyển được trên các đoạn đường lầy lội.

    Áp suất khí quyển (áp suất của không khí)=1atm=1,013.105Pa=1,013.105 (N/m2) tương đương với áp lực của một vật có khối lượng hơn 10 (tấn) nén lên bề mặt của một vật có diện tích 1m2. Áp suất của không khí là vô cùng lớn sở dĩ con người có thể sống được trong môi trường khí quyển và chịu được sức ép rất lớn đó là nhờ bên trong cơ thể người có nước, không khí, các chất hữu cơ … giúp cân bằng với áp suất bên ngoài nén vào khiến chúng ta không bị bẹp.
    [​IMG] Một chiếc thùng phuy bịt kín được đun nóng sau đó được làm lạnh nhanh bằng nước đà nước lạnh. Áp suất bên trong thùng phuy giảm nhanh khiến áp suất bên ngoài chiếc thùng phuy (áp suất khí quyển) gây ra áp lực nén bẹp chiếc thùng phuy.
    Lưu ý: tác dụng của áp lực khác với độ lớn của áp lực, độ lớn của áp lực không đổi nhưng tác dụng của áp lực có thể thay đổi tùy vào diện tích tiếp xúc mà áp lực đó nén vuông góc lên bề mặt vật đó chính là ý nghĩa vật lý của áp suất.
    2/ Chất lưu là gì?
    Chất lưu là tập hợp của các trạng thái vật chất bao gồm chất lỏng, chất khí, plasma. Chất lưu có thể "chảy" được thành dòng và chịu được biến dạng liên tục dưới tác dụng của ứng suất cắt. Lực ma sát giữa các dòng chất lưu gọi là độ nhớt.
    Trong chương trình vật lý phổ thông, chất lưu được hiểu ở nghĩa hẹp chỉ bao gồm trạng thái chất lỏng.
    3/ Áp suất của chất lỏng, áp suất thủy tĩnh, sự thay đổi áp suất theo độ sâu:
    • Tại mọi điểm của chất lỏng áp suất theo mọi phương là như nhau.
    • Áp suất của chất lỏng thay đổi theo độ sâu. Ở cùng một độ sâu trên cùng một mặt phẳng ngang trong lòng chất lỏng áp suất là như nhau tại tất cả các điểm. Đối với chất lỏng không chảy thành dòng áp suất trong lòng chất lỏng được gọi là áp suất thủy tĩnh hay áp suất tĩnh.
    [​IMG] Hình minh họa áp suất của chất lỏng phụ thuộc vào độ sâu so với mặt thoáng của chất lỏng. Càng ở dưới sâu áp suất chất lỏng càng lớn khiến dòng nước phun ra có độ dài lớn hơn.
    Biểu thức áp suất tĩnh trong lòng chất lỏng:
    \[p=p_{ng}+\rho .g.h\]​
    Trong đó:
    • p$_{ng}$: áp suất tại mặt thoáng của chất lỏng (Pa)
    • ρ : khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)
    • g: gia tốc rơi tự do (m/s2)
    • h: độ sâu trong lòng chất lỏng tính từ mặt thoáng.
    4/ Nguyên lí Pascal:
    Nguyên lí Pascal (nguyên lí truyền áp lực của chất lỏng) áp suất từ bất kỳ vị trí nào bên trong lòng chất lỏng được truyền đi nguyên vẹn theo mọi phương bên trong lòng chất lỏng.
    Cách phát biểu khác của nguyên lí Pascal Độ tăng áp suất lên chất lỏng chứa trong bình kín được truyền nguyên vẹn theo mọi điểm của chất lỏng và của thành bình.
    [​IMG]
    Ứng dụng của nguyên lí Pascal sử dụng trong các máy thủy lực​
    Nguyên tắc hoạt động của các máy thủy lực dựa trên nguyên lí Pascal:
    Giả sử tại nhánh S1 của Pittong người ta tạo ra một áp lực F1 khi đó độ tăng áp suất \[\Delta p=\dfrac{F_{1}}{S_{1}}\] truyền đi nguyên vẹn bên trong lòng chất lỏng theo nguyên lí Pascal đến nhánh S2 của pittong nên ta có \[\dfrac{F_{2}}{S_{2}}=\Delta p\] =>\[\dfrac{F_{1}}{S_{1}}=\dfrac{F_{2}}{S_{2}}\]
    Vì S1 < S2 => F2 > F1 => bằng cách thay đổi diện tích bên trong lòng ống dẫn chất lỏng ta có thể tạo ra được một áp lực rất lớn từ một áp lực nhỏ, nhở đó mà ta có thể nâng được các vật có trọng lượng rất lớn nhờ tác dụng bằng một lực vừa đủ.
    [​IMG]
    Hình minh họa cách hoạt động của máy thủy lực dựa trên nguyên lí Pascal​

    nguồn học vật lý trực tuyến
    4
Share Share