Báo cáo Vật lý đại cương A1 - Đề tài 2: Phép đo và các đơn vị vật lý - Đặng Đoàn Nguyên Khánh (Bản PowerPoint)

PHÉP ĐO VÀ CÁC ĐƠN VỊ VẬT LÝ1) Đặng Đòan Nguyên Khánh (nhóm trưởng)2) Ôn Hòai Ngọc3) Nguyễn Quốc Hưng4) Nguyễn Hồng Huynh5) Nguyễn Thị Oanh6) Nguyễn Phúc Khánh7) Trần Thị Kim Ngân8) Dương Đức Nguyên9) Đỗ Thị Ngân HàVào tháng 9 năm 1999 – tức là cách đây chưa lâu, và trình độ khoa học của con người đã phát triển mạnh mẽ – một vệ tinh nghiên cứu khí hậu Sao Hỏa bị phá hủy khi tàu vũ trụ đi xuyên qua tầng khí quyển của Sao Hỏa, bị ma sát mạnh và nóng lên tới mức độ vượt ngưỡng chịu đựng.Con tàu vũ trụ này có giá trị lúc đó là 125 triệu đô-la Mỹ – một số tiền rất lớn – và không được thiết kế để xuyên qua khí quyển sao hỏa. Nó được lắp ráp để vận hành trong khoảng không vũ trụ. Vậy sao con tàu tự nhiên đi xuyên vào tầng khí quyển Sao Hỏa? Đây là câu hỏi rất đáng quan tâm, vì đó là một sự cố kỹ thuật nghiêm trọng.Việc trả lời câu hỏi này cũng tốn kém rất nhiều tiền bạc, thời gian, công sức của những bộ óc thông minh bậc nhất. Cuối cùng thì NASA – Cơ quan Hàng không Vũ trụ Liên bang Hoa Kỳ – cũng tìm được câu trả lời căn bản nhất. Sự cố đó là do hệ thống tính toán không thực hiện được phép tính chuyển đổi đơn vị đo lường từ hệ Anh - được sử dụng bởi một nhóm các nhà khoa học tính toán sức đẩy tên lửa - sang hệ chuẩn quốc tế SI (Système International d’Unités) - mà một nhóm thiết kế khác sử dụng trong hệ điều khiển.Sự cố thiệt hại lớn này quá đủ để minh họa tầm quan trọng của đơn vị tính toán vật lý.Như vậy, ta cần lượng hóa các số đo. Khoa học sử dụng khái niệm “hệ mét” (metric system) trong đó các đại lượng cơ bản như chiều dài, khối lượng (mass) và thời gian được đo bằng mét, kilogram và giây. Hệ thống chuẩn hiện đại như đã nói là hệ quy ước SI; hệ này giúp đưa ra các định nghĩa chính xác về mặt khoa học độ lớn của các đại lượng này.Đại lượngTênKý hiệuChiều dàimétmKhối lượngkilogamkgThời giangiâysCường độ dòng điệnAmpeANhiệt độKelvinKSố hạtmolmolCường độ chiếu sángcandelacdCác đơn vị cơ sở trong hệ SIChiều dài1790: Một ủy ban được thành lập tại Pháp đã quyết định chọn độ dài một phần mười triệu của đoạn kinh tuyến từ xích đạo, qua Paris, đến Bắc Cực làm một độ dài chuẩn gọi là mét.1799: Ủy ban chế tạo thước mét chuẩn đầu tiên làm bằng 90% platinum và 10% iridium.1889: Hội nghị Đo lường Quốc tế quyết định chọn độ dài thước mét bằng platinium ấy làm cơ sở để chế tạo một thước mét bằng platinum-iridium, có mặt cắt hình chữ X để làm thước mét tiêu chẩn quốc tế, cất giữ tại Viện Đo lường Quốc tế ở Paris.Ngày 20 tháng 10 năm 1983: Hội nghị Đo lường Quốc tế khóa 17 định nghĩa lại mét: "một mét là khoảng cách mà ánh sáng truyền được trong chân không trong khoảng thời gian của 1 / 299 792 458 giây"Thước mét tiêu chẩn quốc tếĐơn vị khácHệ métHải lý1852 mDặm Anh (mile)1610 mYard0.9144 mFoot0.3048 minch0.0254 mMột số đơn vị quốc tế thường gặpKhối lượngĐơn vị đo cơ bản của khối lượng trong hệ mét đầu tiên là gam, nhưng đã nhanh chóng bị chuyển sang kilôgam, đã được định nghĩa như là khối lượng của nước nguyên chất tại điểm mà nó nặng nhất (+3,98 độ C) trong một khối lập phương có các cạnh bằng 1/10 của mét. Một kilôgam bằng khoảng 2,2 pound. Khoảng không gian lập phương này còn được gọi là một lít để thể tích của các chất lỏng khác nhau có thể dễ dàng so sánh. Năm 1799, một ống hình trụ bằng platin đã được sản xuất để làm tiêu chuẩn cho kilôgam, vì thế tiêu chuẩn dựa trên cơ sở nước chưa bao giờ được sử dụng như là tiêu chuẩn gốc khi mà hệ mét thực sự được sử dụng. Năm 1890, nó được thay thế bằng ống hình trụ là hợp kim gồm 90% platin và 10% iridi. Nó được sử dụng làm kilôgam tiêu chuẩn từ đó đến nay và được lưu giữ ở Paris. Kilôgam là đơn vị đo lường cơ bản duy nhất không được định nghĩa lại theo thuật ngữ của các hiện tượng tự nhiên không đổi. Tuy nhiên, tại cuộc họp của Hội khoa học Hoàng gia tại London vào ngày 15 tháng 2 năm 2005, các nhà khoa học đã lên tiếng kêu gọi thay thế khối lượng của kilôgam tiêu chuẩn ở Paris vì định nghĩa chính thức chỉ rõ rằng "thuộc tính không thay đổi của tự nhiên" cần được sử dụng (hơn là một vật cụ thể mà khối lượng của nó có thể bị thay đổi), nhưng vẫn chưa có một quyết định nào về việc định nghĩa lại cho đến năm 2007.Khối lượngQuả cân chuẩn tại SevresKhối lượngKhối lượng của vật có thể tính từ tích phân toàn bộ thể tích của vật:Với ρ là khối lượng riêng.Đơn vị tiêu chuẩn đo khối lượng ở Việt Nam, tuân theo hệ đo lường quốc tế, là kilogram. Các quốc gia khác trên thế giới có thể sử dụng đơn vị đo khác.Khối lượng tương đối tính	Khối lượng toàn phần lúc này, m, còn gọi là khối lượng tương đối tính, liên hệ với khối lượng nghỉ, mo, qua vận tốc chuyển động, v, theo m = γ mo với:Khối lượng Khối lượng toàn phần có ý nghĩa tương đương năng lượng toàn phần chứa trong vật, qua mối liên hệ được thể hiện qua công thức của EinsteinKhối lượngKhối lượng toàn phần, m, cũng được dùng để định nghĩa xung lượng tương đối tính, p:p = m vVí dụ: hạt photon có khối lượng nghỉ bằng 0, nhưng có khối lượng toàn phần khác không. Nó do vậy cũng có năng lượng tương đối tính và xung lượng tương đối tính.Khối lượngDỤNG CỤ ĐO KHỐI LƯỢNGThời gianÝ tưởng đo thời gian chỉ xuất hiện cách đây khoảng 5.000 – 6.000 năm, khi con người bắt đầu cuộc sống định cư và xây dựng các nền văn minh. Trước đó, thời gian chỉ được chia làm hai khái niệm là ngày và đêm. Nhà khoa học thiên tài Einstein từng nói: “Sự phân biệt giữa quá khứ, hiện tại và tương lai chỉ là một ảo tưởng cố chấp dai dẳng”.Dựa vào những ngôi saoDựa vào Mặt trờiĐồng hồ cátĐồng hồ cơ họcĐồng hồ thạch anhĐồng hồ nguyên tửQua nhiều thời đại, con người đã sử dụng nhiều cách thức đo thời gian, chẳng hạn như tính chu kỳ quay của trái đất, thời gian mặt trời mọc và lặn, sự di chuyển của mặt trăng , các ngôi sao và sự thay đổi mùa màng.Chu kỳ của trái đất quay quanh mặt trời được gọi là thời gian thiên văn. Năm thiên văn gồm có 365 ngày 6giờ 9 phút và 9.54 giây.Thời gianĐơn vị đo lường thời gian của hệ mét là giây, nguyên thủy được định nghĩa như là 1/86.400 của một ngày trung bình. Các hình thức định nghĩa giây đã thay đổi vài lần để đáp ứng được các yêu cầu ngày càng tăng của khoa học (các quan sát thiên văn, đồng hồ âm thoa, đồng hồ thạch anh và sau đó là đồng hồ nguyên tử xêri) nhưng những đồng hồ đeo tay vẫn không chịu ảnh hưởng (một cách tương đối).Thời gianNhiệt độNhiệt độ là một trong những thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến đặc tính của vật chất nên trong các quá trình kỹ thuật cũng như trong đời sống hằng ngày rất hay gặp yêu cầu đo nhiệt độ. Ngày nay hầu hết các quá trình sản xuất công nghiệp, các nhà máy đều có yêu cầu đo nhiệt độ.Tùy theo nhiệt độ đo có thể dùng các phương pháp khác nhau, thường phân loại các phương pháp dựa vào dải nhiệt độ cần đo. Thông thường nhiệt độ đo được chia thành ba dải: nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và cao. Ở nhiệt độ trung bình và thấp: phương pháp thường đo là phương pháp tiếp xúc nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần đo. Đối với nhiệt độ cao: đo bằng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngoài môi trường đo. Nhiệt độCông thức chuyển đổi nhiệt độĐổi từsangCông thứcFahrenheitCelsius°C = (°F – 32) / 1.8CelsiusFahrenheit°F = °C × 1.8 + 32FahrenheitkelvinK = (°F – 32) / 1.8 + 273.15kelvinFahrenheit°F = (K – 273.15) × 1.8 + 32Dụng cụ đo nhiệt độÁP SUẤTÁp suất là đại lượng có giá trị bằng lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị thành bìnhTrong đó:dF: lực tác dụng [N]dS: diện tích thành bình chịu lực tác dụng [m2]Trong trường hợp chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu là áp suất tĩnh (pt), do trọng lượng của cột chất lưu gây nên cộng với áp suất khí quyển tác động lên mặt thoáng của chất lưu.Trong đó:po: áp suất khí quyểnp: khối lượng riêng chất lưug: gia tốc trọng trườngh: khoảng cách từ điểm khảo sát đến mặt thoáng tiếp xúc với khí quyển	.pt=(1)ÁP SUẤTTrong trường hợp chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu gồm hai phần là áp suất tĩnh (pt) và áp suất động (pđ):p= pt + pđÁp suất tĩnh phụ thuộc vào điểm khảo sát, trị số xác định theo công thức (1), áp suất động là thành phần do chuyển động của chất lưu gây nên, trị số phụ thuộc vào chuyển động của chất lưu, được xác định theo công thức:pđ=ÁP SUẤTPhương pháp đo áp suất phụ thuộc vào dạng áp suất:Đối với áp suất tĩnh có thể tiến hành bằng các phương pháp sau:Đo trực tiếp áp suất chất lưu thông qua lỗ trên thành bình.Đo gián tiếp thông qua đo biến dạng của thành bình dưới tác động của áp suấtÁP SUẤTPhương pháp đo áp suất động dựa vào nguyên tác chung là đo hiệu áp suất tổng và áp suất tĩnh. Khi dòng chảy va đập vuông góc với một mặt phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng là áp suất tổng. Thông thường việc đo hiệu (p - pt) thực hiện nhờ hai đầu đo nối với hai đầu ra của ống Pitot, trong đó đầu đo thứ nhất đo áp suất tổng còn đầu thứ hai đo áp suất tĩnh.ÁP SUẤT Có thể đo áp suất động bằng cách đặt áp suất tổng lên phía trước và áp suất tĩnh lên phía sau của mật màng đo, như vậy tín hiệu do đầu đo cung cấp chính là chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh.ÁP SUẤTCác áp kế và vi áp kế thông dụngVi áp kế kiểu phaoVi áp kế kiểu chuôngVi áp kế bùVi áp kế vành khuyênVi áp kế đàn hồiVi áp kế lò xoVi áp kế màngVi áp kế ống trụNguồn tham khảo YOU FOR YOUR ATTENTION