【#1】Chương V: Định Luật Bernoulli, Ứng Dụng Định Luật Bernoulli

Chương V: Định luật Bernoulli, ứng dụng Định luật Bernoulli

1/ Chuyển động của chất lỏng lí tưởng, đường dòng, ống dòng

Chuyển động của chất lỏng được chia làm hai loại chính là

  • chảy thành dòng ổn định
  • chảy cuộn xoáy không ổn định.

Chất lỏng lí tưởng là chất lỏng không nén được và chảy ổn định thành dòng.

Đường dòng là đường chảy ổn định của các phần tử chất lỏng, các đường dòng không cắt nhau.

Ống dòng là một phần của chất lỏng chuyển động có mặt biên tạo bởi các đường dòng.

2/ Lưu lượng chất lỏng, mối liên hệ giữa tốc độ chất lỏng và diện tích ống dòng:

Lưu lượng chất lỏng được định nghĩa bằng biểu thức

Trong đó

  • A: lưu lượng của chất lỏng (m3/s)
  • v: tốc độ dòng chảy của chất lỏng (m/s)
  • S: diện tích của ống dòng (m2)

Liên hệ giữa tốc độ và diện tích của ống dòng

Trong cùng một khoảng thời gian Δt ta có

  • Các phần tử chất lỏng đi ra khỏi diện tích S1 của ống dòng có tốc độ là v1
  • Các phần tử chất lỏng đi vào diện tích S2 của ống dòng có tốc độ là v2

Do chất lỏng không nén được nên thể tích chất lỏng dịch chuyển trong khoảng thời gian Δt là không đổi ta có

Tử biểu thức trên ta rút ra được kết luận

3/ Định luật Bernoulli

Vận dụng định luật bảo toàn năng lượng chứng minh Định luật Bernoulli:

Định luật Bernoulli tổng quát: Trong một dòng chảy ổn định tổng mọi dạng năng lượng trong chất lưu dọc theo đường dòng là như nhau tại mọi điểm trên đường dòng đó.

Lưu ý: chất khí cũng có thể chảy được thành dòng nên trong một số trường hợp có thể sử dụng Định luật Định luật Bernoulli cho chất khí giống như chất lỏng.

4/ Ứng dụng của Định luật Bernoulli:

Đặt ống hình trụ hở hai đầu (ống A) sao cho miệng ống song song với dòng chảy. Khi đó áp suất tĩnh trong lòng chất lỏng p = ρgh1 Đặt ống hình trụ hở hai đầu, một đầu được uốn vuông góc (ống B) đặt miệng ống B vuông góc với dòng chảy khi đó áp suất toàn phần trong ống ptp = ρgh2

Sử dụng ống Venturi (có cấu tạo như hình vẽ) để xác định vận tốc của chất lỏng Khi đó vận tốc của chất lỏng tại tiết diện S được xác định bằng biểu thức sau v1=2S2Δpρ(S12−S22)

Ống pitot dùng để đo vận tốc chuyển động của máy bay. Vận tốc được xác định bằng biểu thức

Cấu tạo ống pitot dùng để xác định vận tốc của máy bay

Các ống pitot trên máy bay dùng để xác định vận tốc của máy bay

Thí nghiệm vật lý vui vận dụng Định luật Bernoulli. Sử dụng một máy thổi không khí chuyển động thành dòng bao quanh quả bóng. Do áp suất động bao quanh quả bóng tăng lên làm áp suất tĩnh giảm xuống. Sự trênh lệch áp suất tĩnh của dòng không khí bao quanh của bóng và áp suất tĩnh phía bên ngoài tạo ra lực đẩy giúp quả bóng chuyển động lơ lửng ở không trung mà không rơi xuống.​

【#2】Vận Dụng Định Luật Bernoulli Để Phòng Tránh Tai Nạn Khi Tham Gia Giao Thông

Nếu xét trên cùng một mặt phẳng (z = const) thì từ biểu thức của định luật Bernoulli là p+ 1/2pV2+ pgz = const suy ra p + 1/2pV2 = const. Hay nói cách khác nếu vận tốc tăng thì áp suất giảm và gây ra một lực có hướng về phía áp suất giảm. Cụ thể, khi một tàu hỏa chuyển động với vận tốc V, nó sẽ làm cho các phân tử không khí xung quanh nó chuyển động thành dòng với vận tốc V (bằng với vận tốc của tàu hỏa) tức là vận tốc của những lớp không khí cạnh tàu hỏa tăng, dẫn đến áp suất tĩnh p của những lớp không khí này giảm, tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa các lớp không khí cạnh tàu hỏa. Mà không khí luôn di chuyển từ nơi áp suất cao đến nơi áp suất thấp tạo thành một lực hút có hướng về phía áp suất thấp hay hướng về phía tàu. Khi tàu chuyển động càng nhanh và khối lượng càng lớn thì lực hút càng lớn. Do đó những người đứng yên cạnh tàu hỏa sẽ bị một lực đẩy mạnh phía sau làm cho bị hút vào phía tàu hỏa không chống đỡ được và gây tai nạn. Nên tốt nhất hãy đứng bên ngoài rào chắn tàu hoặc đứng cách xa tàu hỏa, xe công ten – nơ, xe tải trọng lớn đang chuyển động nhanh.

Tương tự như vậy, khi đi xe không nên đi song song hoặc vượt sát với các loại xe tải hạng nặng hoặc công ten – nơ chuyển động nhanh vì nếu không các xe nhỏ sẽ bị hút vào các xe lớn. Nếu xét cả về tốc độ và trọng lượng thì lực hút này dường như không đủ lớn để hút ô tô. Tuy nhiên không may gặp các điều kiện trời mưa, đường trơn trượt hay tay lái không vững thì lực hút này cũng đủ để gây nguy hiểm. Tóm lại không nên vượt hoặc đứng sát tàu xe có khối lượng lớn và chuyển động nhanh.