Bài Thí Nghiệm Tâm Áp Lực Thủy Tĩnh Tác Dụng Lên Bề Mặt Thành Phẳng | Môn Cơ học lưu chất ứng dụng - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58583460
TÂM ÁP LỰC THỦY TĨNH TÁC DỤNG LÊN BỀ MẶT THÀNH PHẲNG
I. Mục đích bài thí nghiệm
-Bài thí nghiệm giúp sinh viên xác định thực nghiệm vị trí tâm áp lực thủy tĩnh tác dụng lên
bề mặt thành phẳng của mặt cắt hình chữ nhật của hình vành khăn khi trong nước khi chìm
toàn bộ hay chìm một phần trong nước.
-Xác định được đường các vị trí tâm áp lực và so sánh giá trị thực nghiệm của các vị trí này
với các giá trị được tính theo công thức lí thuyết II. Mô tả thiết
bị, dụng cụ thí nghiệm, cơ sở lí thuyết
a.Dụng cụ thí nghiệm: Được thể hiện như trong Hình 1 bên dưới và sẽ được giải thích kỹ càng
bởi người hướng dẫn tại phòng thí nghiệm b.Cơ sở lí thuyết
Lực thủy tĩnh sẽ không thay đổi theo phương ngang tại một chiều sâu (chìm) nhất định, nhưng
thay đổi theo theo chiều chìm. Lực thủy tĩnh này được tính như là TÍCH của khối lượng của một
đơn vị thể tích với chiều chìm. Tổng áp lực thủy tĩnh tác dụng lên bề mặt cắt của hình vành khăn
này là không tuyến tính theo phương thẳng đứng. Khi khối ¼ hình vành khăn này chìm trong
nước, lực thủy tĩnh tác dụng lên bề mặt có thể được tính như sau:
Lực thủy tĩnh tại mọi điểm trên bề mặt cong ngoài và trong theo phương pháp tuyến với bề mặt
đều có thể được giải quyết vì đi qua vị trí trục pivot (tâm bán kính của hình vành khăn), do vậy
các lực này đều không gây ra mô-men và không ảnh hưởng đến phương trình cân bằng lực. Lực
thủy tĩnh tác dụng vào hai bè mặt bên của khối ¼ hình vành khăn thì triệt tiêu nhau. Vậy nên, lực
thủy tĩnh tác dụng và mặt cắt hình chữ nhật chìm trong nước được tính bằng khống lượng cân lOMoAR cPSD| 58583460
bằng-W. Nói cụ thể hơn, giá trị độ lớn của lực thủy tĩnh tác dụng vào bề mặt thành phẳng này có
thể được tính bằng TÍCH khối lượng cân bằng-W với chiều chìm của bề mặt trong nước bởi công thức sau:
Khi hệ đạt vị trí cân bằng, mô-men gây ra tại tâm pivot là: ’’ m×g×L=F×h (1) -2
trong đó, m (kg) là khối lượng được treo vào, g (9.81 m×s ) là gia tốc trọng trường ,L (m) cánh
tay đòn từ vị trí treo khối lượng đến tâm pivot F (N)là lực ’’
thủy tĩnh h (m) là khoảng cách từ tâm pivot tới tâm áp lực
Vậy là, bằng cách tính áp lực thủy tĩnh, và chiều cao của tâm áp lực này so với bề mặt cong ngoài
của khối ¼ hình vành khăn, ta có thể so sánh kết quả thực nghiệm này với giá trị tính bởi các công thức lí thuyết.
i) Khi mặt phẳng chìm một phần trong nước: trong đó, lOMoAR cPSD| 58583460
H là khoảng cách từ tâm Pivot đến mặt ngoài của của hình 1/4, ’
h là chiều sâu tâm áp lực thủy tĩnh, d là chiều chìm,
D, B lần lượt là chiều cao và chiều rộng của bề mặt cắt.
Lực thủy tĩnh tác dụng lên bề mặt cắt là: F=ρ×g×A×h (2) trong đó, A =B×d, h = d/2, 2
(2) trở thành: F=(1/2)×ρ×g×B×d (3)
Xác định tâm áp lực bằng thực nghiệm như sau:
Sử dụng phương trình cân bằng mô-men (1), ta có thể xác định được tâm áp lực h’’ như sau: ’’ 2 h =2×m×L/(ρ×B×d ) (4)
Xác định tâm áp lực tác dụng lên thành phẳng theo công thức lí thuyết như sau:
h’’ = H-(d/3) (5) ii) Khi mặt phẳng chìm hoàn toàn trong nước:
Tương tự, lực thủy tính tác dụng lên bề mặt phẳng được tính: lOMoAR cPSD| 58583460 F=ρ×g×B×D×(d-D/2) (6)
Xác định tâm áp lực bằng thực nghiệm như sau:
Sử dụng phương trình cân bằng mô-men (1), ta có thể xác định được tâm áp lực h’’ như sau: ’’
h =(m×L)/[ρ×B×D×(d-D/2)] (7)
Xác định tâm áp lực tác dụng lên thành phẳng theo công thức lí thuyết như sau: