Ống Pitot đo tốc độ không khí bằng chênh lệch áp suất như thế nào?
Vật lý 10 · Khám phá mở rộng
Ống Pitot–static so sánh áp suất ở cửa hứng luồng khí với áp suất tĩnh của dòng xung quanh. Chênh lệch ấy giúp hệ suy ra tốc độ tương đối giữa đầu dò và không khí. Nó không cần đếm từng phân tử bay qua.
Hai cửa không đặt cùng câu hỏi
Cửa quay về phía dòng khiến luồng khí tại vùng đo bị chậm lại, tạo áp suất toàn phần. Những cổng tĩnh bố trí thích hợp lấy áp suất tĩnh. Hai đường dẫn được tách để cảm biến so sánh, thay vì chỉ đọc một áp suất rồi gọi ngay đó là vận tốc.
Trong mô hình dòng ổn định, tổn thất nhỏ và có thể coi khí gần như không nén, chênh áp có ý nghĩa Δp = ρv²/2. Ở đây ρ là khối lượng riêng tính bằng kg/m³, v tính bằng m/s và Δp tính bằng Pa. Công thức cho thấy cùng tốc độ nhưng mật độ khác có thể tạo chênh áp khác.
Vì sao đây không phải đồng hồ tốc độ mặt đất?
Một máy bay có thể chuyển động so với mặt đất đồng thời không khí cũng chuyển động. Đầu dò tương tác với dòng không khí tại nó. Tốc độ mà hệ suy ra vì thế liên quan không khí, không trực tiếp trả lời máy bay tiến trên bản đồ nhanh bao nhiêu.
Trong ống gió thí nghiệm, đầu dò đứng yên còn không khí đi qua. Trường hợp này giúp thấy chính chuyển động tương đối mới quan trọng, không phải riêng việc ống có chạy hay không.
Một mô hình đơn giản có miền làm việc
Khi tốc độ thấp, chênh áp nhỏ khiến sai số trở nên đáng kể. Ở tốc độ rất cao, tính nén được và sóng xung kích khiến quan hệ đơn giản cần hiệu chỉnh. Cổng bị tắc hoặc đầu dò lệch khỏi cách lắp phù hợp cũng làm tín hiệu không còn đại diện đúng cho dòng muốn đo.
Vì vậy “ống vẫn còn trên máy bay” không đủ chứng minh phép đo chính xác. Hình dạng, trạng thái cổng, cảm biến và xử lý tín hiệu cùng thuộc chuỗi đo.
Ghi nhớ: Hai áp suất là dữ liệu; tốc độ là kết quả suy từ một mô hình có điều kiện. Đọc đúng số còn phải biết số đó mô tả chuyển động so với cái gì.
Đọc thêm
- Máy đo gió dây nóng nhận tốc độ khí qua sự mất nhiệt ra sao?
- Ống chữ U đo chênh lệch áp suất bằng hai mực chất lỏng ra sao?