Giáo Trình Vật Lý Đại Cương (CT ĐÀO TẠO DƯỢC SĨ ĐH) – i Mục lục BÀI 1: CƠ HỌC   CÁC KHÁI NIỆM ĐẠI – StuDocu

Mục lục

• BÀI 1: CƠ HỌC  
  • 1. CÁC KHÁI NIỆM ĐẠI CƯƠNG
  • 2. CÁC LỰC CÓ LIÊN QUAN ÐẾN SỰ VẬN ÐỘNG CỦA CƠ THỂ
  • 3. SỰ CÂN BẰNG VÀ ỔN ĐỊNH CỦA VẬT
  • 4. ĐÒN BẨY TRÊN CƠ THỂ
  • 5. CÔNG – NĂNG LƯỢNG
  • 6. CƠ HỌC CHẤT LƯU
• SỨC CĂNG MẶT NGOÀI VÀ HIỆN TƯỢNG MAO DẪN
  • CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ BÀI
  • 1. NHIỆT VÀ THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ
  • 2. CÁC ĐỊNH NGHĨA
  • 3. SỰ TRAO ĐỔI NHIỆT
  • 1. HIỆN TƯỢNG KHUẾCH TÁN
  • 2. HIỆN TƯỢNG THẨM THẤU
  • 3. HIỆN TƯỢNG LỌC VÀ SIÊU LỌC
• NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ SINH VẬT
  • 1. NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ SINH VẬT VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU
  • 2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN
  • 3. ĐỊNH LUẬT I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ NHỮNG HỆ QUẢ CỦA NÓ
  • 4. ĐỊNH LUẬT HECCER
  • 5. ĐỊNH LUẬT I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ÁP DỤNG VÀO HỆ SINH VẬT
  • CỦA CƠ THỂ SỐNG 6. PHƯƠNG PHÁP NHIỆT KẾ GIÁN TIẾP VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
  • NHIỆT 7. PHÂN BIỆT NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CƠ THỂ SỐNG VỚI MÁY
  • 8. ĐỊNH LUẬT II NHIỆT ĐỘNG HỌC
  • ENTROPY VÀ NĂNG LƯỢNG TỰ DO
  • 9. TÍNH CHẤT THỐNG KÊ CỦA ĐỊNH LUẬT II NHIỆT ĐỘNG HỌC
  • 10. NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG VÀ CÁC HỆ THỐNG MỞ
  • 11. CÁC TRẠNG THÁI DỪNG
  • CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ BÀI
• BÀI 3: SÓNG VÀ ÂM
  • 1. THUỘC TÍNH CỦA ÂM
  • 2. MỘT VÀI THUỘC TÍNH CỦA SÓNG
  • 3. HIỆU ỨNG DOPPLER
  • 4. CÔNG THỨC TẦN SỐ ÂM PHÁT RA BỞI CỦA MỘT ĐOẠN DÂY…………
  • 5. CƯỜNG ĐỘ VÀ MỨC CƯỜNG ĐỘ ÂM
  • CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ BÀI
• BÀI 4: ĐIỆN VÀ TỪ
  • 1. ĐIỆN TÍCH
  • 2. ĐIỆN TRƯỜNG, ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ
  • 3. NGUỒN ĐIỆN – DÒNG ĐIỆN
  • 5. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU ii
  • 6. TÁC DỤNG TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN
  • CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ BÀI
• BÀI 5: QUANG HỌC
  • 1. THUYẾT ĐIỆN TỪ VỀ BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG
  • 2. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
  • 3. TƯƠNG TÁC GIỮA PHOTON VÀ VẬT CHẤT
  • 3. HẤP TH Ụ ÁNH SÁNG
  • 4. Ph­¬ng ph ̧p quang phæ hÊp thô ph©n tö
• QUANG HÌNH HỌC
  • 1. ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
  • 2. PHẢN XẠ TOÀN PHẦN
  • 3. GƯƠNG PHẲNG
  • 4. THẤU KÍNH MỎNG
  • 5. CÁC QUANG CỤ
  • 6. MẮT – CÁC TẬT VÀ CÁCH SỬA
  • 7 PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
  • 8 LASER VÀ ÁNH SÁNG LASER
  • CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ BÀI
• BÀI 6: VẬT LÝ HẠT NHÂN
  • 1. CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
  • 2. PHÂN RÃ PHÓNG XẠ
  • 3. XÁC ĐỊNH NIÊN ĐẠI BẰNG PHÓNG XẠ
  • 4. ĐO LƯỜNG BỨC XẠ VÀ CÁC HIỆU ỨNG SINH VẬT
  • CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ BÀI
  • BÀI 7: MỘT SỐ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VẬT LÝ TRONG Y HỌC
  • 1. PHƯƠNG PHÁP X-QUANG
  • 2. PHƯƠNG PHÁP CHỤP M ẠCH
  • 3. X- QUANG CẮT LỚP VI TÍNH (CT)
  • 4. PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG TỪ (MRI)
  • 5. Máy SPECT (Single photon emission computed tomography)
  • 6. Máy PET (Positron Emission Tomography)
  • 7. Kỹ thuật định lượng phóng xạ miễn dịch học cạnh tranh
  • 8. TIA LASER DÙNG ĐỂ CHỮA TẬT CẬN THỊ
• ĐÁP ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Ví dụ: Lực F

, cường độ điện trường E


…
Vận tốc: vận tốc là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự biến đổi của quãng đường
dịch chuyển theo thời gian (phản ảnh sự chuyển động nhanh hay chậm của vật
chuyển động).
Ký hiệu: v

. Đơn vị : m / s ( trong hệ SI ) Biểu thức tốc độ tức thời : dtv = dx

Gia tốc
Gia tốc là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự biến đổi của vectơ vận tốc theo
thời gian.
Ký hiệu: a

. Đơn vị : m / s 2 Ví dụ : tần suất rơi tự do : g = 9,81 m / s 2. Biểu thức tần suất tức thời : dta vd  =

1. Các định lu ật Newton
1.2. Định luật I Niutơn
Một chất điểm giữ nguyên trạng thái đứng yên hay chuyển động thẳng đều
chừng nào chưa có tác dụng bên ngoài buộc nó phải thay đổi trạng thái này.
Tính chất bảo toàn trạng thái đứng yên hay chuyển động thẳng đều gọi là quán
tính của vật.
Ví dụ: Một người đang đứng yên trên con tàu chuyển động thẳng đều. Khi đó
người cũng chuyển động với vận tốc v = const. Bỗng nhiên, tàu đứng lại, do quán
tính người vẫn tiếp tục chuyển động nên người bị ngã về phía trước. Tương tự,
người bị ngã về phía sau khi tàu đang đứng yên bắt đầu chuyển động.
1.2. Định luật II Niutơn
Tác dụng của vật này lên vật khác được biểu thị bởi một đại lượng vectơ F

gọi là lực. Dưới công dụng của lực, vật hoàn toàn có thể đổi khác tốc độ hoạt động tức là thu được tần suất, hoặc bị biến dạng tức là biến hóa hình dạng và size. Khi nhiều lực công dụng lên một chất điểm : F 1, F 2, …, Fn thì công dụng đồng thời của nhiều lực tương tự với công dụng của lực tổng hợp. F F F Fn    = 1 + 2 + … +F :


là tổng vectơ của các lực thành phần.
Phát biểu : Gia tốc mà chất điểm thu được tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên chất
điểm và tỉ lệ nghịch với khối lượng của chất điểm.

mF a  = hay F am

= 

Đơn vị lực: Niutơn (ký hiệu N) 1N = 1kg/s 2
1. Định luật III Niutơn:

Khi vật A tác dụng lên vật B một lực F 1 thì ngược lại vật B sẽ tính năng lên vật A một lực F 2 có cùng phương, ngược chiều với F 1 và có độ lớn bằng độ lớn của F 1 ( hai lực F 1 và F 2 trực đối nhau )Một trong hai lực gọi là lực công dụng, lực còn lại gọi là phản lực. Ví dụ : Người bơi lấy tay và chân đẩy nước về phía sau, phản lực của nước đẩy người đó về phía trước .

2. CÁC LỰC CÓ LIÊN QUAN ÐẾN SỰ VẬN ÐỘNG CỦA CƠ THỂ

2. Định luật vạn v ật hấp dẫn
Lực hấp dẫn (lực hút) giữa hai chất điểm bất kỳ tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng
của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

1. 2 2
   r

F Gm m
hd = (1)
G = 6,67-11 N 2 /kg 2 là hằng số hấp dẫn.
2. Trọng lực
Trường hấp dẫn của Trái Ðất, do khối lượng của Trái Ðất tạo ra ở gần bề mặt
của nó được gọi là trọng trường. Trọng trường là nguyên nhân làm cho mọi vật phải
rơi vào bề mặt của Trái Ðất, giữ cho trái đất có một lớp khí quyển bao quanh; lớp khí
nầy bảo vệ mọi sinh vật trên Trái Ðất và Trái Ðất tránh được tác hại do các bức xạ
mạnh phát ra từ vũ trụ.
Trọng lực tác dụng lên một cơ thể là lực hấp dẫn của Trái Ðất tác dụng lên cơ
thể đó và lực ly tâm do chuyển động quay của Trái Đất tạo ra; thông thường lực ly
tâm khá bé so với lực hấp dẫn của Trái Đất nên trọng lực có thể tính là:

P. F mg   h   ( 1 )m là khối lượng của khung hình hoặc vật thể ; g là tần suất trọng trường, g = 9,81 m / s 2. Lực mê hoặc của Trái Đất không nhờ vào vào lực ly tâm ( việc Trái Ðất có quay hay không ) và nó luôn có phương hướng vào tâm của Trái Ðất. Ðiểm đặt của lực mê hoặc lên khung hình được gọi là trọng tâm. Tại gần mặt phẳng của Trái Ðất tần suất trọng trường được tính bằng công thức :02 RGM g = ⇒ g = 9,81 m / s 2 ( 1 )R, M lần lượt là nửa đường kính và khối lượng của Trái Ðất ( R = 6400 km ; M = 5,98 24 kg ) ; Hằng số mê hoặc bằng G = 6,67 – 11 m 3 / kg 2 Tổng quát, khi xét độ lớn tần suất trọng trường tại điểm có độ cao là h so với mặt đất, ( 1 ) hoàn toàn có thể viết lại là :2 h ( )GM g Rh 

(1)

Vậy tần suất trọng trường tỷ suất nghịch với độ cao so với tâm Trái Đất ; càng lên cao tần suất trọng trường càng giảm nên g có gía trị cực lớn tại mặt đất : gmax = g 0. Tính gần đúng g theo ở một độ cao h ( nhỏ hơn nhiều so với R ) theo công thức :1 ( 2 ) ( ) 220 Rh R hR ggh ≈ − += ⇒ ggh 0 ( 1 2 h ) R

 (1)

Nếu h << R ta có thể xem g = g 0 Nếu h >> R thì (1) cho thấy g≈0, lực hấp dẫn tại đó có thể bỏ qua, ta gọi đó là
trường hợp không trọng lực.
Bài tập mẫu 1
Hãy tính gia tốc trọng trường ở đỉnh núi Everest cao 8850m so với mực nước biển.
Lấy bán kính và khối lượng TĐ là 6380 km và 5,98 24 kg.
Giải

Lưu ý rằng tùy thuộc vào tính chất của sự vận động như chạy, nhảy, leo, khiêng,
đẩy, kéo mà một số cơ đặc biệt trên các chi sẽ căng hoặc dãn đến một mức độ thích
hợp cho sự vận động đó.
Thực tế, cơ không thể đẩy mà chỉ có kéo, khi cơ kéo, nó trở nên ngắn và đầy đặn
hơn, ta gọi đó là sự co cơ. Để kéo xương về vị trí cũ, phải có thêm một cơ khác nằm ở
phía đối diện (hình 1). Khi một cơ co thì cơ kia sẽ bị dãn; vì thế cơ phải hoạt động
thành từng cặp.
Lao động và vận động thường xuyên sẽ giúp cho các cơ mau đạt được mức độ
căng dãn mong muốn, đó là qúa trình tập luyện. Tuy nhiên, vì cơ làm việc suốt ngày
nên nó cũng cần được thư giãn. Ngủ đủ giấc trong ngày giúp cơ mau chóng phục hồi
chức năng. Phương pháp xoa bóp nhẹ các vùng trên cơ sẽ làm tản máu trong cơ, tăng
cường trao đổi oxi giúp cơ có nhiều năng lượng hơn.
2. Lực ma sát
Lực ma sát xuất hiện khi có sự tiếp xúc và chuyển động tương đối của các vật
tiếp xúc với nhau. Hai vật chuyển động tiếp xúc nhau là vật rắn thì sinh ra lực ma sát
khô ; Nếu một hoặc cả hai vật là chất lưu (chất khí và lỏng) thì sinh ra ma sát nhớt
như ma sát giữa máu chảy trong các ống động mạch, tĩnh mạch; ma sát của các luồng
khí vận chuyển trong cơ thể khi hô hấp, ma sát của thức ăn trong bao tử, ruột …
Bây giờ ta xét về lực ma sát khô.
Lực ma sát f giữa quyển sách và bề mặt gồ ghề ngược với hướng của lực tác dụng
F. Bởi vì cả hai bề mặt ở đây đều gồ ghề nên sự tiếp xúc chỉ ở một số điểm như hình
phóng đại. (a) Độ lớn của lực ma sát tĩnh bằng với độ lớn của lực tác dụng. (b) Khi độ
lớn của lực tác dụng vượt quá độ lớn của lực hơn độ lớn của lực ma sát động thì
quyển sách được gia tốc về phía phải. (c) Đồ thị biểu diễn lực ma sát theo lực tác
dụng. Lưu ý: Lực ma sát nghỉ cực đại fs,max > fk (hình 1)

Hình 1 .

Các tính chất của ma sát khô
Thực nghiệm chứng tỏ răng khi một vật ép vào một bề mặt nào đó (vật và mặt đều
khô và không được bôi trơn) và có một lực F

 làm trượt vật trên mặt này, thì lực ma sát được sinh ra, nó có ba đặc thù .Tính chất 1. Nếu vật không hoạt động thì lực ma sát tĩnh fs và thành phần tuy nhiêntuy nhiên với mặt phẳng của lực F bằng nhau về độ lớn nhưng ngược chiều. Tính chất 2. Độ lớn của fs có giá trị cực lớn fs, max


xác định bởi
fs ,max=μ sN
trong đó μ s là hệ số ma sát tĩnh và N là độ lớn của lực pháp tuyến. Nếu độ lớn

của thành phần song song với mặt của F vượt quá fs, max thì vật mở màn trượt trênmặt. Tính chất 3. Nếu vật khởi đầu trượt trên mặt thì độ lớn của lực ma sát giảm nhanhxuống giá trị fk


được xác định bởi
fk =μ kN
trong đó μ k là hệ số ma sát động. Ngay sau đó trong khi vật trượt, độ lớn của lực

ma sát động được xác lập bởi pt fđ trên. Các thông số μ s và μ k không có thứ nguyên và được xác lập bằng thực nghiệm. Vàgiá trị của chúng phụ thuộc vào vào cả vật lẫn mặt phẳng nên ta thường nói về chúng với từ “ giữa ” như trong câu “ giá trị μ s giữa xe và mặt đường nhựa là 0, 5 ” .

3. SỰ CÂN BẰNG VÀ ỔN ĐỊNH CỦA VẬT

Trái đất công dụng một lực hút lên mọi vật có khối lượng, và do đó mỗi khối lượng nguyên tố của vật cũng đều bị hút bởi Trái Đất. Tổng tất cả những lực nguyên tố đó chính là trọng tải của khung hình. Trọng lực : P = mg, với m là khối lượng vật, g ≈ 9 m / s 2 là tần suất trọng trường .

Điểm đặt của trọng lực gọi là khối tâm.
Mômen quay
Một đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay vật của lực gọi là mômen quay. Đối
với một vật rắn có trục quay cố định, giá trị momen của lực F cho bởi:

trong đó : F là độ lớn của lực ( N ). d là cánh tay đòn, đó là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực .M = F. d

4. ĐÒN BẨY TRÊN CƠ THỂ

Đòn bẫy là một thanh rắn, tự do, hoàn toàn có thể quay quanh một điểm cố định và thắt chặt được gọi là điểm tựa. Điểm tựa thì cố định và thắt chặt do đó không vận động và di chuyển được so với thanh. Các đòn kích bẩy thường dùng để nâng những tải trọng, và để truyền hoạt động từ điểm này đến điểm khác. Có 3 loại đòn kích bẩy ( hình 1 ). Đòn bẫy loại 1 có điểm tựa nằm giữa lực tính năng và tải, ví dụ : dùng xà beng để bẩy vật nặng ( hình ) .Đòn bẫy loại 2, điểm tựa nằm ở một đầu của thanh, lực công dụng áp vào đầu còn lại, và tải đặt vào khoảng chừng giữa của thanh. Ví dụ : người đẩy hàng bằng xe cút kít. Đòn bẩy loại 3 : điểm tựa đặt ở một đầu, tải đặt vào đầu kia, còn lực tính năng ở khoảng chừng giữa của thanh .Loại 1 Loại 2 Loại 3Theo điều kiện kèm theo cân đối, lực công dụng thiết yếu để cân đối với trọng tải của tải W bằng :21 dWd F =Trong đó : d 1 là cánh tai đòn của tải và d 2 là cánh tai đòn của lực công dụng. Nếu d 1 < d 2 thì F < W. Độ lợi cơ học M được định nghĩa là :12 dd FW M = =Tuỳ thuộc vào khoảng cách tới điểm tựa mà độ lợi cơ học của đòn bẫy loại 1 hoàn toàn có thể lớn hơn hay nhỏ hơn một. Bằng việc đặt tải gần với điểm tựa, d 1 < < d 2, thì độ lợi cơhọc càng lớn so với đòn bẫy loại 1. Ở đòn bẫy loại 2, d 1 luôn nhỏ hơn d 2, vì thế độ lợi cơ học của đòn bẫy loại 2 luôn lớn hơn một. Tình huống ngược lại cho đòn bẫy loại 3, có M < 1 .Một lực hơi lớn hơn lực thiết yếu để giữ cân đối đòn bẫy sẽ nâng được tải lên. Nếu điểm đặt của lực tính năng chuyển dời đoạn đường L 2, điểm đặt của tải vận động và di chuyển đoạn đường L 1 thì mối liên hệ giữa L 1 và L 2 cho bởi :21 21 dd L

L =

Tỉ số tốc độ chuyển dời của hai điểm này cho bởi :21 21 dd vv =V 2 là tốc độ vận động và di chuyển của điểm đặt lực công dụng, v 1 là tốc độ vận động và di chuyển của tải. Mối liên hệ này vận dụng cho cả 3 loại đòn bẫy. Như vậy, quãng đường và tốc độ chuyển dời của tải tỉ lệ nghịch với độ lợi cơ học .

5. CÔNG – NĂNG LƯỢNG

5. Công
Khái niệm công đã có trong đời sống hàng ngày. Thực vậy, khi kéo một gầu
nước, đẩy xe, ta nói đã thực hiện công. Lực càng lớn chuyển dời càng xa thì công
sinh ra càng nhiều.

Để đơn thuần, ta xét lực không đổi F công dụng lên vật làm vật chuyển dời đoạn đường S. Thì công do lực sinh ra được tính bởi : A FS  =. S


: vectơ dịch chuyển.
A = FS .. cosα
Đơn vị của công: Jun (ký kiệu: J) 1J = 1N
Công là đại lượng vô hướng có thể dương, âm hoặc
bằng 0.

• Nếu
  2

α < π thì A > 0 : lực sinh công phát động .

• Nếu
  2

π α > thì cosα < 0 nên A < 0 : lực sinh công cản .

• Nếu
  2

π α = ; cosα = 0 nên A = 0 : lực không sinh công .

5. Công suất
Để đặc trưng cho sức mạnh của các máy người ta đưa ra khái niệm công suất.
Hai máy cùng sinh một công thì máy nào thực hiện công đó trong thời gian ít hơn
sẽ mạnh hơn.
Định nghĩa: Công suất là đại lượng vật lý về trị số bằng công mà lực sinh ra
trong một đơn vị thời gian.
Gọi dA là công mà lực sinh ra trong thời gian dt thì công suất tính bởi:

dtP = dAMà dA F Sd  = .Nên Fv dtP. F Sd    =. = .

Công suất bằng tích vô hướng của lực tác dụng với vectơ vận tốc của chuyển dời.
Đơn vị công suất: Woat (W) 1W = 1 J/s
1kW = 1000W

Bảng 1. Khối lượng riêng của 1 số ít chất phổ cập ở nhiệt độ 20 0 C

Vật liệu hoặc vật Khối lượng riêng (kg/m 3 )
Không khí: 20 0 C và 1atm
200 C và 50 atm

Nước : 20 0 C và 1 atm Nước biển : 20 0 C và 1 atm Máu nguyên chấtNước đá SắtThủy ngân Trái Đất : trung bình lõivỏ XăngChì Vàng

1,

60,

0,998 3

1,024 3

1,060 3

0,917 3

7,9 3

13,6 3

5,5 3

9,5 3

2,8 3

0,68 3 – 0,72 3

11,35 3

19,31 3

c. Áp suất
Khi chúng ta lấy ngón tay khẽ bị lỗ hở của vòi nước ta cảm thấy lực của nước đè lên
ngón tay. Khi lặn sâu trong nước ta cảm thấy tai bị đau, đó cũng là do áp lực của
nước đè lên màng nhĩ. Những ví dụ trên chứng tỏ khi một vật rắn tiếp xúc với một
chất lỏng, thì các phân tử của chất lỏng sẽ tác dụng lực vào vật rắn tiếp xúc với nó.
Lực tác dụng này được phân bố trên toàn bộ diện tích tiếp xúc.
Áp suất là tỷ số của áp lực F (của chất lưu) với toàn bộ diện tích tiếp xúc S của vật
rắn.

Các lực vuông góc tính năng lên vật, gây áp suất lên vật .Một thiết bị đơn thuần dùng để đo áp suất của chất lưu .Áp suất chính là áp lực đè nén trung bình của chất lưu trên một đơn vị chức năng diện tích quy hoạnh tiếp xúc .Sp = FGiày đi tuyết giữ cho bạn khỏi bị lún vào tuyết mềm do tại chúng làm phân bổ khối lượng khung hình bạn lên một diện tích quy hoạnh rộng làm giảm áp suất công dụng lên mặt tuyết .

Đơn vị của áp suất : N/m 2, hay có tên riêng là Pascal (Pa)
Ngoài ra, người ta còn dùng một số đơn vị áp suất khác như:
 Atmotphe kỹ thuật (at): 1at = 9,81 4 N/m 2 = 9,81 4 Pa.
 Torr (để lưu niệm Evangelius Torricelli, người sáng chế ra cái phong vũ biểu
thủy ngân năm 1674) được gọi một cách hình thức là milimet thủy ngân
(mmHg).
1Torr = 1mmHg là áp suất gây bởi cột thủy ngân cao 1mm.
1mmHg = 133N/m 2 = 133Pa
 Atmotphe vật lý (atm): 1atm = 760 mmHg = 1,01 5 Pa
Bài tập mẫu 2
Một phòng khách có kích thước: sàn 3,5m và 4,2m, chiều cao 2,4m.
a) Trọng lượng không khí trong phòng khách là bao nhiêu?
Giải
Gọi V là thể tích của phòng và ρ là khối lượng riêng của không khí ở áp suất 1atm,

ta có : P = mg = ρ Vg = ( 1,21 kg / m 3 ) ( 3,5 m x 4,2 m x 2,4 m ) ( 9,8 m / s 2 ) = 418N ≈ 420N

Tức là cỡ 42 kg. Bạn có thể không ngờ rằng không khí trong phòng lại nặng đến thế?
b) Lực do khí quyển tác dụng lên sàn căn phòng là bao nhiêu?
Giải. Lực đó bằng:

F = p = ( 1 atm ) ( atmN m 11, 10 5 / 2 ) x ( 3,5 m x 4,2 m ) = 1,5 6 N

Lực này (≈170 tấn) là trọng lượng của cột không khí chùm lên sàn và kéo dài đến tận
cùng của khí quyển. Tại sao một lực khổng lồ như vậy lại không làm cho sàn vỡ?
6.1. Công thức cơ bản của tĩnh học chất lưu:
Áp suất trong chất lưu (tĩnh) tăng theo độ sâu bởi vì trọng lượng của phần
nước bên trên. Trong chất lưu có khối lượng riêng ρ, chênh lệch áp suất là P 2 –P 1 ,

giữa hai điểm cách nhau một độ cao h, cho bởi : p 2 − p 1 = ρ ghÁp suất ở một độ sâu y so với mặt nước, khí quyển có áp suất p 0 : p = p 0 + ρ gha. Vật có khối lượng riêng nhỏ hơn khổi lượng riêng chất lỏng thì FA > Fg, lực tổng hợp hướng lên, vật nổi trên mặt chất lỏng. b. Nếu khối lượng riêng của vật lớn hơn khối lượng riêng chất lỏng thì FA < Fg, lực tổng hợp hướng xuống, vật chìm xuống .

Chú ý: không nên nhầm lẫn độ lớn của lực đẩy Archimede và độ lớn của trọng lực.

Độ lớn trọng tải là : P mVRg VRVVRg   = = ρtrong đó ρ VR là khối lượng riêng của vật rắn ( ρ VR ≠ ρ L )VVR là thể tích của vật rắn ( khi vật chìm một phần trong chất lưu thì VVR ≠ V ,còn khi vật chìm trọn vẹn trong chất lưu thì VVR = Vcc ) .

2. Ứng dụng: Khí cầu, tàu bè, cầu phao, phương pháp trục vớt tàu đắm…
   Bài tập mẫu 3
   Một khí cầu bơm đầy hêli, có bán kính R bằng 12m. Khí cầu, cáp trep và giỏ có khối
   lượng m bằng 196kg. Tải cực đại M mà khí cầu có thể chở được, là bao nhiêu?
   Lấy ρ He = 0, 16 kg / m 3 và ρ khkhi = 1, 25 kg / m 3.

Quả khí cầu chứa khí nóng. Bởi vì không khí nóng có tỷ lệ nhỏ hơn không khí lạnh, lực tổng hợp hướng lên công dụng vào quả khí cầu

Giải
Trọng lượng của không khí bị đẩy đi, tức là lực nổi hay lực nâng Archimede và trọng
lượng hêli trong khí cầu là:
FA =ρ khkhiVg và PHe =ρ HeVg

trong đó V = 3 34 π R là thể tích của khí cầu .Khi cân đối, theo nguyên lí Archimede FA = P + mg + Mghay là M = R ) ( khkhi − He ) − m 3( 4 π 3 ρ ρM ) ( 12 m 1 ( ), 25 kg / m 0, 16 kg / m ) 196 kg 7690 kg 3= ( 4 π 33 − 3 − =

6. ĐỘNG HỌC CHẤT LƯU LÝ TƯỞNG
Nếu bỏ qua những tổn hao do ma sát, sự chảy của chất lưu khó nén tuân theo phương
trình Bernoulli. Phương trình này cho mỗi liên hệ giữa vận tốc, áp suất, và sự nâng
cao của dòng chảy. Pt Bernoulli phát biểu rằng tại mọi điểm trong dòng chảy có:

P. + gh + v 2 = const 2ρ 1 ρTrong đó : P. là áp suất trong chất lưu, h là độ cao, ρ khối lượng riêng, v là tốc độ tạimột điểm bất kể trong dòng chảy. Đại lượng tiên phong trong pt là thế năng trên một đơn vị chức năng thể tích của chất lưu, có được nhờ vào áp suất trong chất lưu. Cụm thứ hai là thế năng trọng trường trên một đơn vị chức năng thể tích, và cụm thứ ba là động năng trên một đơn vị chức năng thể tích. Pt Bernoulli phản ánh định luật bảo toàn nguồn năng lượng. Bởi vị ba cụm trong pt bộc lộ tổng năng lượng trong chất lưu, trong trường hợp không có ma sát, tổng đó phải bằng hằng số bất kể dòng chảy có biến hóa thế nào. Một ví dụ minh họa đơn thuần về cách sử dụng pt Bernoulli :Xét một dòng chảy qua một ống gồm hai đoạn với những tiết diện lần lượt là A 1 và A 2. Thể tích chất lưu chảy qua trong một đơn vị chức năng thời hạn tại một vị trí bất kể trong ống, được cho bởi tích số giữa tiết diện và tốc độ, A × v. Nếu chất lưu không nén được, trong một đơn vị chức năng thời hạn bao nhiêu chất lưu chảy vào thì bấy nhiêu chất lưu chảy ra .Vì vậy : A 1. v 1 = A 2 v 2 hay 1 21 2 A vA v =Trong trường hợp của tất cả chúng ta, A 1 > A 2 nên tốc độ chảy ở đoạn ống 2 lớn hơn tốc độ chảy ở đoạn ống 1. Theo pt Bernoulli, mối liên hệ giữa P., ρ, h, và v tại hai điểm 1 và 2 là :2 2 2 22 11121 21 P + ρ gh + ρ v = P + ρ gh + ρ vVì trong trường hợp này, hai đoạn ống có cùng độ cao ( h 1 = h 2 ), nên : 2 2 22 1121 2P. + 1 ρ v = P + ρ vVì v 2 = ( A 1 / A 2 ) v 1, áp suất ở đoạn ống 2 là :     −     = − 1 21222 1 211 AA P P ρ v

Nhận xét: Ở đoạn ống 2, có vận tốc chảy tăng thì áp suất ở đó giảm.
Bài tập mẫu 4
Tiết diện A 1 của động mạch chủ (mạch máu lớn nhất từ tim ra) của một người
bình thường đang đứng nghỉ là 3cm 2 và tốc độ v 1 của máu là 30cm/s. Một mao mạch
điển hình (đường kính 6μ m ) có tiết diện A 2 bằng 3 -7 cm 2 và có tốc độ dòng v 2 =

0,05 cm/s. Hỏi một người phải có bao nhiêu mao mạch?
Giải
Toàn bộ máu đi qua các mao mạch đều phải đi qua động mạch chủ thành thử:
A 1 v 1 = nA 2 v 2
trong đó n là số mao mạch. Giải theo n, ta được:

hoàn toàn có thể bỏ lỡ. Trong những trường hợp này, pt Bernoulli hoàn toàn có thể dùng được với sai số nhỏ .

Chứng minh công thức Poiseuille

Xét một ống mao quản nằm ngang có chiều dài  và nửa đường kính R ( xem hình ). Giả sử chất lỏng có độ nhớt η và chảy thành lớp trong ống. Vận tốc chảy của chất lỏng lớnnhất ở trục ống và bằng 0 ở thành ống. Chọn trục x nằm dọc theo trục của ống, gọi áp suất tại x = 0 là p 0 và tại x =  là p Bây giờ tất cả chúng ta xét những lực tác động ảnh hưởng lên một hình tròn trụ tưởng tượng có nửa đường kính r tính từ trục ống. Độ biến thiên tốc độ tại mọi điểm trên mặt phẳng của hình tròn trụ tưởngtượng này là drdv. Lực nội ma sát do lớp nước bên ngoài hình tròn trụ tính năng lên lớpnước bên trong là :drF = 2 π r  η dvtrong đó 2 π r  là diện tích quy hoạnh xung quanh của hình tròn trụ tưởng tượng. Phần nước bên trong hình tròn trụ tưởng tượng sẽ chảy với tốc độ lớn hơn phần nước bên ngoài, thế cho nên lực nội ma sát này hướng sang trái ( ngược với hướng dòng chảy ). Lực gây chảy của khối trụ tưởng tượng là : π r 2 ( p 0 − p  )Khi chất lỏng trong khối trụ tưởng tượng chảy không thay đổi thì có nghĩa là lực gây chảy bằng với lực nội ma sát : 2 ( 0 − ) + 2 = 0 drdv π r p p  π r  ηDo đó : (  ) 2r p 0 p drdv − − = ηTrong đó : ( p 0 − p  ) /  gọi là gradient áp suất của chất lỏng trong ống .rdrp p dv  2 η( 0 − ) − =

∫

− − = rdrp p v  2 η( 0 )Cp p r v +− = − 2 2( 0 ) 2  ηKhi r = R thì v = 0 nên :R C p p +− = − 2 2( ) 02 0  η 4 η( p 0 p ) R 2 C−Suy ra : ( ) 4( 0 ) 2 2 R rp p v −− η



Như vậy vận tốc chảy của lớp chất lỏng phụ thuộc vào vào khoảng cách từ lớp chất lỏng đang xét đến trục ống. Khi r = 0, tức là lớp chất lỏng ở trục ống, vận tốc chảy ở đó cực lớn và bằng : 4 η( 0 ) 2 0p p R v−Khi r = R, tức ở thành ống, vận tốc chảy bằng 0. Cũng hoàn toàn có thể tính lưu lượng, tức là thể tích chất lỏng được luân chuyển trong một đơn vị chức năng thời hạn qua một ống chảy. Xét một khối chất lỏng trong lòng ống đồng trục có nửa đường kính r và có độ dày dr. Diện tích hình vành khăn có đoạn dr là : S = π ( r + dr ) 2 − π r 2Vì ( dr ) 2 rất nhỏ coi như không đáng kể, nên hoàn toàn có thể viết : S = 2 π rdr Thể tích chất lỏng chảy qua hình vành khăn đó là : dQ = 2 π rdr. vLấy tích phân biểu thức trên ta có lưu lượng chất lỏng chảy qua ống có nửa đường kính r :Q. vrdr p r ( R r ) dr 4

=∫ 2 = 2 ∆ ∫ 2 − 2

η π π với ∆ p = p 0 − p rR r drp Q.R ( ) 42 3 0= ∆ 2 −

π η∫

 η π ηπ 8) 2 4( 42402 r 2 r 4 pR Rp Q.R ∆ − =∆Vậy 

η

π

8( p 0 p ) R 4 Q.− = hay

η

π

8pR 4 Q.∆Đây là công thức Poiseuille nói lên sự phụ thuộc vào của lưu lượng chất lỏng có độ nhớt η chảy qua ống có chiều dài  và nửa đường kính R với sự chênh lệch áp suất là ∆ p .

6. SỰ CHẢY RỐI

Nếu vận tốc của chất lưu tăng vượt quá một vận tốc tới hạn thì chuyển động thành lớp
bị phá vỡ. Dòng chảy trở nên rối với những cuộn xoáy phá vỡ chuyển động lớp.
Trong một ống hình trụ vận tốc tới hạn, mà khi trên vận tốc đó chất lưu sẽ chảy rối,
được cho bởi:

Dvc ρ= ℜη

Source: https://vh2.com.vn
Category : Khoa Học