Thủy lực đại cương Thủy tinh học

11 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM Khoa KTXD - Bộ mơn KTTNN Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG E-mail: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Web: Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 2 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống NỘI DUNG MƠN HỌC Chương 1. Đặc tính chất lỏng. Chương 2. Thủy tỉnh học. Chương 3. Cơ sở động lực học chất lỏng. Chương 4. Đo đạc dòng chảy. Chương 5. Tổn thất năng lượng. Chương 6. Dòng chảy có áp trong mạng lưới ống. Chương 7. Lực tác dụng lên vật cản. Chương 8. Dòng chảy ổn định đều trong kênh. Chương 9(*). Dòng chảy ổn định không đều trong kênh. Chương 10(*). Đập tràn. (*) : Trường hợp môn Thủy lực đại cương mở rộng I : tỉ 3 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống MỤC ĐÍCH
Nghiên cứu quy luật tương tác giữa chất lỏng (nước) đứng yên (thủy tỉnh) và các thành bình chứa tiếp xúc với chất lỏng. - Biểu đồ áp suất tác dụng lên thành phẳng. - Biểu đồ áp suất tác dụng lên thành cong. 4 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống ÁP SUẤT NƯỚC TÁC DỤNG LÊN THÀNH PHẲNG ÁP SUẤT: Biểu diễn bằng 1 vectơ: • Phương : thẳng góc với mặt tác dụng. • Chiều: hướng từ chất lỏng đi vào mặt tác dụng. • Cường độ: (p
tỷ lệ tuyến tính với chiều sâu h) p h 2p gh(N / m )ρ= Nước, ρ A E F pa 5 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống • Với ρ khối lượng riêng của nước (1000kg/m3), h (m) khoảng cách thẳng đứng từ điểm xét đến mặt thoáng tự do (thực hoặc kéo dài). • Giá trị áp suất p nêu trên gọi là áp suất dư (giả thiết áp suất tại mặt thoáng là áp suất khí trời và xem như bằng 0). • Nếu áp suất tại mặt thoáng gia tăng 1 giá trị p0 bất kỳ (so với áp suất khí trời), áp suất tại điểm có chiều sâu h trong môi trường là: 0pghpc += ρ 6 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống - Khi nước tiếp xúc với thành bình chứa sẽ tác dụng lên thành bình các giá trị áp suất. - Các giá trị áp suất biểu diễn bằng các vectơ và hình thành một biểu đồ gọi là biểu đồ áp suất (dư) thủy tỉnh. 27 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống BIỂU ðỒ ÁP SUẤT TÁC DỤNG LÊN THÀNH PHẲNG THẲNG ðỨNG 8 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống A B A’ BIỂU ðỒ ÁP SUẤT DƯ TÁC DỤNG LÊN MẶT AB pA =ρghA pC=ρghC C GIỚI THIỆU Nước Khơng khí hC hA 9 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống ÁP LỰC TƯƠNG ĐƯƠNG F TÁC DỤNG LÊN MẶT PHẲNG Biểu đồ áp suất dư nói trên, về mặt lực tác dụng lên AB sẽ tương đương với một lực F như sau. 10 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống A B A’ C Nước Khơng khí hC hAF=? Lực tương đương của biểu đồ áp suất ABA’ 11 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống  Gọi dF là vi phân lực tác dụng lên vi phân diện tích (thuộc tấm phẳng AB), xem hình sau  hi nh sau 12 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống GIỚI THIỆU H A B A’ h pA=ρgH podF: vi phân lực tác dụng lên vi phân diện tích ds G dh dhbghdSpdF ... ρ== Nước, ρ ABA’ BIỂU ĐỒ ÁP SUẤT DƯ TÁC DỤNG LÊN MẶT AB dF C Khơng khí 313 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống - AB
Tấm phẳng chịu áp lực nước. - pA, pB, p0…
áp suất tại A,B, tâm O của mặt AB… - S =H*b
diện tích tấm phẳng AB. - H
chiều cao tấm phẳng AB. - b
chiều rộng tấm phẳng AB. 14 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống PHƯƠNG PHÁP 1 TÍNH F BẰNG PP. TÍCH PHÂN TỔNG QUÁT 15 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống )N( 2 HgbhdhgbdFF 2H 0 H 0 ρρ ∫∫ ===
F: Hợp lực tương đương (hợp lực tương đương của biểu đồ áp suất dư).
tổng hợp lực của nước tác dụng lên m/p AB.
dF: vi phân lực tác dụng lên vi phân diện tích.
b : chiều rộng tấm phẳng AB
h: khoảng cách thẳng đứng từ điểm tính áp suất đến mặt thoáng (thực hoặc kéo dài). 16 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống 2H/3 H A B A’ H/2 pA po Ap gH= ρ F G p0=ρgH/2 F=ρgbH2/2 Vị trí lực F Nước Khơng khí 17 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống PHƯƠNG PHÁP 2 18 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống H A B A’ h pA=ρgH podF G dh dhS.bdh*p.bdS.pdF === Sdh Nước Khơng khí 419 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Chú ý: Sdh chỉ vi phân diện tích của biểu đồ áp suất. •
diện tích biểu đồ áp suất dư. Kết luận: Giá trị áp lực tương đương F bằng diện tích biểu đồ áp suất nhân với chiều rộng b. AAB S 0 dh F 0 S.bSbdFF ′ === ∫∫ 2 H).gH( .b 2 H.p .bS.bF AAAB ρ === ′ AABS ′ 20 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống PHƯƠNG PHÁP 3 21 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống H A B A’ h pA=ρgH po dF G dh 2 HgbF 2 ρ= Sdh F Khơng khíNước H/2 O 22 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Từ kết quả trước về F ta có thể phân tích như sau: Với p0=ρgH/2 chỉ áp suất tại trọng tâm mặt phẳng AB.
diện tích tấm phẳng AB Kết luận: Giá trị áp lực tương đương F bằng áp suất tại tâm mặt phẳng nhân với diện tích tấm phẳng AB. AB0 2 Sp)H.b.( 2 Hg 2 HgbF === ρρ H.bSAB = 23 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống CHÚ Ý  Áp lực tương đương F luơn luơn đi qua TRỌNG TÂM biểu đơ2 áp suất.   chỉ áp dụng kết quả này tính F lên mặt phẳng thẳng đứng! 2 HgbF 2 ρ= 24 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống CHÚ Ý Xét một diện tích A (m2) chịu tác dụng giá trị áp suất là HẰNG SỐ p (N/m2)  Lực P tương đương tác dụng lên A xác định bởi: )N(A.pP = 525 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống BIỂU ðỒ ÁP SUẤT TÁC DỤNG LÊN THÀNH PHẲNG NẰM NGHIÊNG 26 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống • Trường hợp tấm phẳng nghiêng A B H C hC pC Cc ghp ρ= gHpA ρ= 0=Bp α (vì hB=0) Nước Khơng khíA’ 27 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống HỢP LỰC TƯƠNG ðƯƠNG F TÁC DỤNG LÊN THÀNH PHẲNG NẰM NGHIÊNG 28 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Tính và vẽ áp lực tương đương F (du ng p/p 3) A B H O H/2 pC 2 HgpO ρ= 0=Bp α (vì hB=0) G F2H/3 α ρρ sin H .b. 2 Hg)L.b.( 2 HgF AB == A’Nước Khơng khí 29 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống NHẬN XÉT VỀ BIỂU ĐỒ ÁP SUẤT DƯ TÁC DỤNG LÊN MẶT PHẲNG
Vì giá trị áp suất p thay đổi tuyến tính theo chiều sâu h
gốc các vectơ áp suất sẽ nằm trên cùng đường thẳng.
Khi vẽ biểu đồ áp suất dư tác dụng lên mặt phẳng
chỉ cần chọn tính 2 điểm (bất kỳ) để tính và vẽ vectơ áp suất của nó.
Các vị trí khác sẽ nội suy tuyến tính từ 2 vectơ này. 30 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài tập:  Tính và vẽ biểu đồ áp suất dư tác dụng lên mặt phẳng (AB, BC nếu có) của các sơ đồ sau.  Tính và vẽ áp lực tương đương lên cùng đồ thị. • Giả thiết b=1m cho tất cả các sơ đồ. • Nước có ρ=1000kg/m3 và lấy g=10m/s2. 631 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống A α=30 0 B Nước A B α=60 0 NướcH=3m Nước α=30 0 A B C H1=2m H2=2m A B C Nước α=45 0 H2=4m H1=3m 1 2 3 4 32 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống A Nước α=60 0 Nước α=30 0 A B C H1=2m H2=2m A B C H2=4m H1=3m ρ1=1000kg/m3 ρ2=1300kg/m3 ρ1=800kg/m3 α=45 0 ρ2=1000kg/m3 ρ1=900kg/m3 ρ2=1200kg/m3 A B H1=2m H2=3m α=45 0 5 7 6 C 33 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Ôn: Trọng tâm hình thang. b1 b2 y H 3 . 2 21 21 H bb bb y + + = G 34 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài tập 2: Cho một khối lập phương cạnh H, chứa đầy nước.
Dùng khái niệm áp suất thủy tỉnh tác dụng lên các thành phẳng
chứng minh tổng hợp lực tác dụng lên các thành bằng trọng lượng khối nước bên trong. 35 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài tập 3: Một cánh cửa chưA nhật chiều rộng b=1.5m đặt ở mặt bên của một bêA chứa đầy nước hình hộp cao 2m, cạnh a=b=4m. Cánh cửa cĩ bản lê2 thẳng đứng. Tính lực tối thiểu phải tác dụng lên cánh cửa đêA cửa được đĩng. Lấy g=10m/s2, nước cĩ ρ=1000kg/m3. 36 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống BIỂU ðỒ ÁP SUẤT & LỰC TƯƠNG ðƯƠNG TÁC DỤNG LÊN THÀNH CONG 737 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống A B H2 H1 B’A’ pA pB FH FVF FH ÁP SUẤT THỦY TỈNH LÊN THÀNH CONG A2A3 B2B3 G1 β G2 B1 A1 Nước pB=ρgH2 pA=ρgH1 N M C y 38 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống CHÚ Ý  Nối các điểm gốc vectơ áp suất tác dụng lên mặt cong KHƠNG thẳng hàng !!!  Vẽ biểu đồ áp suất tác dụng lên thành cong cần cĩ ÍT NHẤT 3 vị trí tính và vẽ vectơ áp suất để cĩ thể NỘI SUY. 39 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống ÁP SUẤT THỦY TỈNH LÊN THÀNH CONG dF=pc*dl*b h dl NƯỚC (ρ) B A B’ Cghpc ρ= H1 H2 αX h dS=h*dx α A’ dx Nước 40 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống )dl.b.(ghdS.pdF ρ== gbhdh)cos(dl.b.ghdFH ραρ ==⇒ gbdSdlbghdFV ραρ ==⇒ )sin(.. dX dS=h.dX dS=h.dX
diện tích vi phân 41 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Với AB là mặt cong có chiều rộng b. • pA
áp suất tại A. • F
hợp lực tương đương của biểu đồ áp suất • FH, FV
thành phần nằm ngang và thẳng đứng của F, β góc nghiêng của F so với phương ngang. 2 2 H VF F F= + r r r ββ ⇒= H V F F tg )( 42 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống • Thành phần nằm ngang FH . 2 2 1 2 H H HF g b(N) 2 ρ −= gbhdhdlbghdFH ραρ ==⇒ )cos(.. 1 2 1 2 1 2 2 2 H H H H H H HH hgbhdhgbdFF ∫∫       === ρρ 843 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống • Thành phần thẳng đứng FV ∫∫ ==⇒ == ABAB SS VV V dSgbdFF dS.b.g.)sin(.dl.b.h.g.dF ρ ραρ BBAAV gbSF ′′=⇒ ρ 44 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Thành phần thẳng đứng FV Công thức trên có nghĩa FV chỉ trọng lượng khối chất lỏng (thực hoặc tưởng tượng) giới hạn bởi: - Mặt AB - Mặt thoáng (thực hoặc kéo dài). - Hai đường biên thẳng đứng qua A và B. (ĐÂY LÀ ĐỊNH NGHĨA TỔNG QUÁT ĐỂ XÁC ĐỊNH FV) (N)BBAAV gbSF ′′=⇒ ρ 45 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống A B H2 H1 B’A’ pA pB FH FVF FH ÁP SUẤT THỦY TỈNH LÊN THÀNH CONG β A1 B1 A2 B2 G1 G2 C Nước pA=ρgH1 pB=ρgH2 46 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Chú ý:
Trong trường hợp mặt cong phức tạp, có thể chia mặt cong ra thành nhiều mặt cong đơn giản để tính
tổng hợp lại nếu cần (tính FV).
FH chính là áp lực tương đương của biểu đồ áp suất A1A2B2B1.
FV có thể hướng xuống hoặc hướng lên (xem xét hình chiếu của biểu đồ áp suất lên phương đứng). 47 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài tập. Vẽ biểu đồ áp suất dư và tính FH, FV lên AB, AC với AB, AC là 1/2 và 1/4 hình trụ cao 1m (b). 48 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống R=2m H=3mNước A BA C R=2m Nước có ρ=1000kg/m3; g=10m/s2 D 949 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống R=2m Nước A BA C A’C’ SAA’C’CF A1 B1 SAA1B1BEA Hướng dẫn tính FV Nước 50 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống A’C’ SAA’C’CF A1 B1 SAA1B1BEA E F Nước F=FV R=2m Nước A BA C pA=pB=ρg(H+R) ước 51 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài tập 1: Mặt cong AB là 1/4 (và 1/2, bài 2) hình tròn có b/kính R. Chiều rộng tấm AB là b=2m. Tính và vẽ biểu đồ áp suất, áp lực tương đương FH, FV, y và x theo R. Áp dụng với R=3m. x F Nước y A B x FH FV R 52 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống • Hướng dẫn : Vì AB là cung tròn do đó tất cả các vectơ áp suất sẽ có phương đi qua tâm O của hình tròn. A R=3m BFH FV y O x F pB=ρgR 53 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Hướng dẫn - Vị trí FH (qua tâm biểu đồ áp suất B1B2A1) - F phải đi qua tâm O
Moment F/o = 0
FH*y = Fv*x
x khi biết các yếu tố khác ! A R=3m BFH FV y O x F pB A1 B1B2 2R/3 Chú ý: FV đi qua trọng tâm ¼ hình tròn OAB G 54 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống A B H=1m R=1,5m Bài tập 2 Vẽ biểu đồ áp suất và tính FH , FV. Lấy b=1m.. Nước, ρ=1000kg/m3 C 10 55 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống A B H=1m R=1,5m Hướng dẫn: pA=ρg(H+2R) pB=ρgH pA=ρg(H+2R) pB=ρgH FH C pC=ρg(H+R) FV=ρgSACBb !!! Từ dưới lên !!! Why ??? B1C1 Gy=? Nước 56 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài 3: AB là ½ hình trụ bán kính R, dài l=1m. Bình ABCD chứa vừa đầy nước. B A - Tính và vẽ biểu đồ áp suất lên mặt cong AB. - Tính FH và FV lên mặt cong AB là 1/2 hình tròn. O D C Nước R=2m E 57 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Hướng dẫn: R=2m B A O D C pB=0 pA=2ρgR pA=2ρgR G 4R/3 FH FVF E FV=ρgSAEBb Hướng xuống dưới FH K FH=SKEC*b 58 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài tập: Dùng lý thuyết áp lực thủy tỉnh tác dụng lên mặt cong ABCD, tính hợp lực FH & FV tác dụng lên hình trụ cao L=1m, b/k R, nằm chìm trong nước. • R=1m • H=1m • ρ=1000kg/m3 • g=10m/s2 R HA B C D FV phụ thuộc H ??? 59 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Hướng dẫn: Chia hình tròn ra làm 2 cung: BAD & BCD. Tính lực thẳng đứng lên từng cung: HA B C D FV_BCD DB A FV_BAD FV=FV-BCD-FV-BAD=ρgS(O,R).L (hướng lên
Archimedre !) G1 G2 60 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống ĐỊNH LUẬT ARCHIMÈDE • Bất kỳ một cố thể nào, nổi hay chìm trong chất lỏng, sẽ bị tác dụng một lực đẩy nổi bằng trọng lượng khối chất lỏng bị cố thể choáng chỗ. • Lực này sẽ có hướng từ dưới lên và có điểm đặc gọi là tâm đẩy nổi, chính là trọng tâm khối chất lỏng bị choáng chỗ. 11 61 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài tập. Một cố thể cân nặng W=500 N trong không khí và cân nặng T=200 N khi cố thể chìm hoàn toàn trong nước. Tính thể tích và khối lượng riêng của cố thể. Cho biết khối lượng riêng của nước là ρ=1 T/m3, gia tốc trọng trường g=9,81 m/s2. Đáp số: V = 30,581 dm3 ρ=1666,6 kg/m3 62 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống SỰ NỔI & CÂN BẰNG CỦA CỐ THỂ TRONG CHẤT LỎNG 63 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống ê3 Nước Nước g(vectơ gia tốc t/trường) ỔN ĐỊNH ỔN ĐỊNH Tâm đẩy nổi (điểm đặt lực FV) Trọng tâm cố thể FV P 64 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Tâm đẩy nổi Tâm cố thể NướcNước g(vectơ gia tốc t/trường) KHÔNG ỔN ĐỊNH ỔN ĐỊNH P FV 65 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống CỐ THỂ CHÌM TRONG CHẤT LỎNG Cố thể chỉ ổn định khi trọng tâm của cố thể nằm phiá dưới (thấp hơn) tâm đẩy nổi của chất lỏng bị choáng chỗ. Trong trường hợp 2 tâm này trùng nhau, cố thể sẽ có trạng thái cân bằng phiếm định cho mọi tư thế của cố thể chìm trong chất lỏng. 66 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Sự ổn định sẽ phụ thuộc vào momen gây lật và momen chống lật.
Hai loại momen này sẽ xuất hiện khi trọng tâm cố thể và tâm đẩy nổi bị lệch ra khỏi vị trí thẳng đứng do sự thay đổi vị trí của tâm đẩy nổi. Tâm đẩy nổi thay đổi bởi vì, nếu vật nổi bị nghiêng đi do một tác động nào đó, hình dạng của chất lỏng bị choáng chỗ thay đổi, do đó tâm đẩy nổi thay đổi. 12 67 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Tâm đẩy nổi Nước V g(vectơ gia tốc t/trường) ĐỊNH LUẬT ARCHIMÈDE : F=ρgV (N) Tâm cố thể Nước, ρ V FF 68 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài tập. Một thủy lượng kế cân nặng W=1 N và có cấu trúc phần khắc vạch đo là một hình trụ có đường kính d=10 mm. • Xác định độ chênh h nếu ta lần lượt thả thủy lượng kế vào nước có khối lượng riêng là ρ1=1 T/m3 và vào dầu có khối lượng riêng là ρ2=0,75 T/m3. • Đáp số : h=43,263 cm 69 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống h DầuNước 70 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài tập. Một bồn chứa hình lập phương có cạnh là 5 m cân nặng 735,75 KN được thả vào một hồ nước. Hồ có diện tích mặt thoáng rất lớn so với bồn chứa. • Xác định chiều sâu nước tối thiểu x của hồ nước để bồn không chạm đáy hồ. Cho biết khối lượng riêng của nước là ρ=1 T/m3, gia tốc trọng trường g=9,81 m/s2. Đáp số: x = 3 m 71 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống Bài tập: Một vật cân nặng 100N trong không khí và 80N trong chất lỏng có khối lượng riêng ρ1=0,75T/m3. • Xác định thể tích V và khối lượng riêng ρ2 của vật nặng này. Cho biết gia tốc trọng trường g=9,81m/s2. Đáp số: V = 2,7183 dm3 ρ2 = 3,75 T/m3 72 THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG Chương 2: Thủy tỉnh học PGS. TS. Nguyễn Thống HẾT