Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 4: Chất lỏng

BÀI GIẢNGVẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆPBộ môn Vật lýNỘI DUNG CHI TIẾT MÔN HỌCCHƯƠNG IV. CHẤT LỎNG4.1. Chuyển động của chất lỏng lý tưởng. Định lý Becnuli4.2. Hiện tượng nhớt4.3. Lực phân tử và trạng thái lỏng4.4. Năng lượng mặt ngoài và lực căng mặt ngoài.4.5 Hiện tượng tại biên chất lỏng và chất rắn. Hiện tượng mao dẫn (hôm sau sẽ thảo luận)4.1. Chuyển động của chất lỏng lý tưởng. Định lý Becnuli4.1.1. Chuyển động của chất lỏng lý tưởng. Phương trình liên tục4.1.2. Định lý Becnuli và ứng dụng4.1. Chuyển động của chất lỏng lý tưởng. Đ/l Becnuli4.1.1. Chuyển động của chất lỏng lý tưởng. Phương trình liên tụca. Chất lỏng lý tưởngLà tập hợp chất điểm, khoảng cách trung bình giữa các chất điểm không đổi.Hình dạng khối chất lỏng thay đổi nhưng thể tích không đổi.Không có lực ma sát, không chịu nén.b. Chế độ chảy dừng của chất lỏngTại một điểm bất kỳ, vận tốc của chất điểm không phụ thuộc thời gian và là hàm của tọa độ v(x,y,z).Quỹ đạo của các chất điểm là xác định và gọi là đường dòng.Tập hợp các đường dòng tựa trên chu vi kín nào đó gọi là ống dòng.Do các chất điểm chuyển động theo các quỹ đạo nhất định nên các chất điểm không thoát ra ngoài hoặc từ ngoài lọt vào trong ống dòng.c. Phương trình liên tục	Sau khoảng thời gian Δt, lượng chất lỏng qua S1 và S2 tương ứng là:Tổng quát:	Sv = constỞ trạng thái chảy dừng, vận tốc trung bình của các chất điểm trên một tiết diện ngang bất kỳ tỷ lệ nghịch với diện tích tiết diện ngang.d.1. Định lýXét chất lưu lý tưởng chảy dừng trong đoạn ống dòng có tiết diện S1, S2; có vận tốc và độ cao tương ứng v1,v2 và h1, h2 hay (z1; z2); chịu tác dụng của áp lực p1, p2. Sau khoảng thời gian Δt  S1’S2’Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: Công của áp lực bằng độ biến thiên cơ năng của khối chất lưu. d. Định lý BecnuliS’2S’1Kết quả:	Tổng quát: ρv2/2 + ρgh + p = constTổng áp suất động, áp suất thủy lực, áp suất tĩnh của một khối chất lỏng lý tưởng chảy dừng luôn không đổi.Hoặc tổng động năng riêng, thế năng riêng, năng lượng riêng của khối chất lỏng lý tưởng ở trạng thái chảy dừng luôn không đổi.d.2. Ứng dụng định lýd.2.1. Định luật TorixenliXét dòng chảy dừng khối chất lỏng S, chiều cao h, v~ 0; ở đáy khối chất lỏng có lỗ thủng S1 và S1 r0 thì lực hút chiếm ưu thế	- Khi r > r0	f ≈ 0, Wt >> Wđ nên các phân tử khí có thể dịch chuyển tự do trong không gian.4.4. Năng lượng mặt ngoài và lực căng mặt ngoài4.4.1. Trạng thái căng mặt ngoài4.4.2. Năng lượng mặt ngoài4.4.3. Lực căng mặt ngoài4.4.1. Trạng thái căng mặt ngoàia. Mặt cầu bảo vệ	Nếu từ một phân tử ta vẽ mặt cầu bán kính 10r0 thì phân tử đó chỉ tương tác với các phân tử nằm trong mặt cầu.	Do tính chất đối xứng của mặt cầu nên lực tác dụng của các phân tử xung quanh lên phân tử nằm ở tâm mặt cầu xem như phân bố đối xứng (bằng 0).4.4. Năng lượng mặt ngoài và lực căng mặt ngoàib. Áp suất phân tử	Với phân tử B, lực phân tử bằng 0. Phân tử chất lỏng chuyển động hỗn loạn phân bố đều xung quanh B lực tác dụng vào phân tử = 0	Với phân tử A, nằm trên và vuông góc mặt thoáng, lực tác dụng vào phân tử hướng vào trong chất lỏng. Xung quanh A chỉ tồn tại ½ mặt cầu bảo vệ. 	- Ở lớp rất mỏng trên bề mặt (3.10-9m)	- Không đo trực tiếp được	- Có giá trị rất lớn VD. Nước ở nhiệt độ phòng pi = 17000atFC B C A 450FA Với phân tử C, lực tác dụng vào phân tử hướng vào trong chất lỏng. Tạo với thành bình góc 450 Xung quanh C chỉ tồn tại 1/4 mặt cầu bảo vệ chất lỏng. c. Trạng thái căng mặt ngoài	Các phân tử ở bề mặt thoáng luôn chịu lực kéo vào trong lòng chất lỏng, diện tích mặt thoáng luôn có xu hướng co lại nhỏ nhất. Tuy nhiên lực tác dụng của các phân tử ở thành bình và lực của các phân tử lỏng chống lại xu hướng trên. Vì thế mặt thoáng ở trạng thái đặc biệt gọi là trạng thái căng mặt ngoài. Lực gây ra trạng thái căng gọi là lực căng mặt ngoài.4.2.2. Năng lượng mặt ngoài	W = WtA - WtB; số phân tử A~ diện tích S	W = S(J/m2) là hệ số tỉ lệ phụ thuộc bản chất chất lỏng, gọi là hệ số sức căng mặt ngoài. Nước có  = 0,073N/m cồn có  = 0,04N/mW(J) năng lượng mặt ngoài,S(m2) là diện tích mặt ngoài	Ta biết rằng, hệ ở trạng thái cân bằng bền khi thế năng cực tiểu, nghĩa là diện tích co lại nhỏ nhất. VD: thả một giọt dầu trong nước thì thấy nó co lại dạng hình cầuNước + rượuDầuTưởng tượng đưa một phân tử chất lỏng từ trong lòng CL ra phía ngoài, trong Qtrình này pải tốn một công chống lại lực kéo về. Khi đến mặt thoáng ptử dự trữ một năng lượng có giá trị bằng công nói trên. Năng lượng này dưới dạng thế năng.4.4.3 Lực căng mặt ngoài	F= .2l; W = S mà S=2lx  W = 2l x A =FxTheo định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng A = W F = .2l mà l là chu vi mặt ngoài màng xà phòng  F = lVậy:P: có phương vuông góc với chu vi và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏngC: Hướng ra ngoài chất lỏngĐL: F = lNMx4.5. Hiện tượng tại biên chất lỏng và chất rắn. Hiện tượng mao dẫn4.5.1 Hiện tượng tại biên chất lỏng và chất rắn4.5.2. Hiện tượng mao dẫn4.5.1. Hiện tượng tại biên của chất lỏng 4.5. Hiện tượng tại biên của chất lỏng và chất rắnHgH2ONước làm ướt thủy tinhThủy ngân không làm ướt thủy tinhMặt thoáng của chất lỏng tại biên thường có dạng mặt cong lõm hoặc cong lồi. Nếu mặt thoáng tại biên có dạng cong lõm: chất lỏng làm ướt thành bình, vd: Mặt nước trong bình thuỷ tinhNếu mặt thoáng tại biên có dạng cong lồi: chất lỏng khônglàm ướt thành bình, vd: giọt nước trên lá khoai nước4.5.1.a Giải thích hiện tượngFF1F2FF2F14.5.1.b Góc làm ướt Là góc tạo bởi phần thành bình chứa chất lỏng và tiếp tuyến của mặt thoáng chất lỏng.CCPhân tử C chụi tác dụng của 2 lực: F1 lực gây bởi chất lỏng nằm trong ¼ mặt cầu bảo vệF2 lực do thành bình gây ra Tuỳ theo tổng hợp lực mà ta xđ chất lỏng làm ướt hay không làm ướt thành bìnhH20HgỨng dụngHiện tượng làm ướt không làm ướt, thường hay gặp trong thực tế: mực làm ướt ngòi bút, nước mưa không làm ướt một số lá cây; nước mưa không thấm ướt ô dùTinh luyện kim loại: Người ta chọn chất lỏng làm ướt quặng chứ không làm ướt tạp chất làm nổi chất bẩn trong quặng4.5.2 Hiện tượng mao dẫn4.5.2.1 Áp suất phụ dưới mặt congLà áp suất xuất hiện phía dưới mặt congTrường hợp mặt cong lồiTrường hợp mặt cong lõmNếu mặt cong lồi R > 0, mặt cong lõm R < 0Tổng quát:lF1F2F1ORrO'FF2F4.5.2. Hiện tượng mao dẫn (Thảo luận)a. Thí nghiệmLấy ống thủy tinh nhúng vào trong chất lỏngLà hiện tượng chất lỏng dâng lên hay hạ xuống trong các ống nhỏ hoặc vách hẹphhb. Nguyên nhânNguyên nhân có mao dẫn là do áp suất phụ dưới mặt congc. Công thức Jurind. Ứng dụngĐóng vai trò quan 	trọng trong thiên nhiên và kỹ thuậtrO'ORMp0hNCC'