Áp suất chất lỏng là nội dung bài học trong môn Vật Lí lớp 8. Tuy nhiên, có rất nhiều bạn chưa nắm vững kiến thức về Áp suất chất lỏng. Bài học hôm nay THPT Ngô Thì Nhậm sẽ giúp các em hiểu rõ hơn Áp suất chất lỏng là gì? Công thức và đơn vị của áp suất chất lỏng. Mời các em cùng theo dõi nhé.
Áp suất chất lỏng là gì?
Áp suất của chất lỏng tại một điểm bất kỳ trong lòng chất lỏng là giá trị áp lực lên một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó. Nói cách khác, đó là lực đẩy của chất lỏng được truyền trong đường ống. Lực đẩy của chất lỏng càng nhanh thì áp suất càng mạnh. Ngược lại, nếu lực đẩy yếu thì áp suất sẽ thấp.
Ví dụ: Trong một đường ống bơm nước, ta chỉnh áp lực bơm của máy bơm tăng lên. Khi đó, bạn sẽ thấy lượng nước trong ống chảy nhanh hơn và bể chứa nước sẽ nhanh đầy. Áp suất trong đường ống dẫn nước lúc này cũng đang tăng mạnh.
Để hiểu rõ hơn khái niệm áp suất chất lỏng là gì?, mời các em theo dõi 2 thí nghiệm sau:
Thí nghiệm 1: Lấy một bình trụ thủy tinh có đĩa D tách rời dùng làm đáy. Muốn D đậy kín đáy ống, ta phải dùng tay kéo dây buộc đãi D lên (Hình minh họa). Khi nhấn bình sâu vào nước rồi buông tay kéo sợi dây ra, đĩa D vẫn không rời khỏi đáy kể cả khi bình quay theo các phương khác nhau.
Kết luận: Thí nghiệm này đã chứng tỏ chất lỏng sẽ gây ra áp suất theo mọi phương lên các vật đặt trong nó.
Thí nghiệm 2: Một bình trụ có đáy C và các lỗ A, B ở thành bình. Các lỗ được bịt kín bằng một màng bọc cao su mỏng. Hãy quan sát hiện tượng xảy ra khi tiến hành đổ nước vào bình. Giải thích hiện tượng cao su bị biến dạng? Cho biết có phải chất lỏng khi tác dụng áp suất lên bình theo một phương như chất rắn không?
Bạn đang xem: Áp suất chất lỏng là gì? Công thức và đơn vị của áp suất chất lỏng
Kết luận: Các màng cao su đặc bị căng phồng ra chứng tỏ chất lỏng gây áp suất lên đáy bình và thành bình và chất lỏng sẽ gây ra áp suất lên bình theo mọi phương chứ không theo một phương nhất định như chất rắn.
Những yếu tố ảnh hưởng đến áp suất chất lỏng
Theo nghiên cứu của các nhà vật lý học, áp suất chất lỏng phụ thuộc vào 2 yếu tố chính.
- Thứ nhất là chiều cao của cột chất lỏng đựng trong bình hoặc vật chứa bất kỳ
- Thứ hai là phụ thuộc vào trọng lượng riêng của loại chất lỏng chúng ta đang xét.
Bên cạnh đó, trong thực tế, áp suất của chất lỏng cũng phụ thuộc vào một yếu tố khác đó chính là nhiệt độ. Cụ thể, trong đời sống hằng ngày, khi ta xét 2 nồi nước có cùng khối lượng và chiều cao giống nhau. Khí đó, nồi nào có nhiệt độ cao hơn thì áp suất của nó cũng cao hơn nhiều so với nồi có nhiệt độ thấp.
Áp suất chất lỏng tuyệt đối là gì?
Áp suất chất lỏng tuyệt đối là tổng áp suất gây ra từ 2 yếu tố chính là khí quyển tác dụng lên vật hoặc điểm bất kỳ trong lòng chất lỏng và cột chất lỏng.
Ký hiệu: Pa
Công thức áp suất chất lỏng tuyệt đối: Pa = P0 + γ.h
Trong đó:
- P0: áp suất của khí quyển.
- γ: trọng lượng riêng của chất lỏng được xét
- h: độ sâu thẳng đứng tính từ điểm đang xét đến mặt thoáng chất lỏng.
Áp suất chất lỏng tương đối là gi
Áp suất tương đối dùng để đo trọng lượng của cột chất lỏng gây ra. Áp suất tương đối còn được hiểu theo cách khác là hiệu số giữa áp suất tuyệt đối và áp suất khí quyển.
Đối với trường hợp áp suất khí quyển lớn hơn áp suất tuyệt đối thì ta sẽ suy ra được áp suất chân không. Áp suất dư là tên gọi khác của áp suất chất lỏng tương đối.
Kí hiệu: Ptđ, Pdư
Công thức áp suất chất lỏng tương đối: Pdu = γ.h
Trong đó:
- γ: trọng lượng riêng của chất lỏng được xét
- h: độ sâu thẳng đứng tính từ điểm đang xét đến mặt thoáng chất lỏng.
Công thức tính áp suất chất lỏng
Công thức tính áp suất của chất lỏng được xác định bằng tích trọng lượng riêng của chất lỏng đang xét và độ sâu tính từ điểm xét áp suất tới mặt thoáng chất lỏng.
P = d.h
Trong đó:
- P: Áp suất của chất lỏng đang tính. Đơn vị của áp suất chất lỏng là Pa hoặc N/m2
- h: Chiều cao của cột chất lỏng. Đơn vị là mét (m).
- d: Trọng lượng riêng của chất lỏng đang xét. Đơn vị của trọng lượng riêng là N/m3.
Công thức tính áp suất chất lỏng cũng áp dụng cho một điểm bất kì trong lòng chất lỏng, chiều cao của cột chất lỏng cũng là độ sâu của điểm đó so với mặt thoáng.
Chú ý: Trong một chất lỏng đứng yên, áp suất tại những điểm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang (có cùng độ sâu h) có độ lớn như nhau.
Bình thông nhau là gì?
Bình thông nhau là một bình có hai nhánh nối thông đáy với nhau. Trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên, các mặt thoáng của chất lỏng ở các nhánh khác nhau đều ở cùng một độ cao. Trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên, áp suất tại các điểm ở trên cùng mặt phẳng ngang đều bằng nhau.
Một trong những ứng dụng cơ bản của bình thông nhau và sự truyền áp suất trong chất lỏng là máy ép dùng chất lỏng.
Lưu ý: Nếu bình chứa 2 chất lỏng khác nhau thì áp suất tại các điểm sẽ khác nhau.
Ứng dụng của áp suất chất lỏng bình thông nhau
Áp suất chất lỏng bình thông nhau có ứng dụng chủ yếu trong việc chế tạo máy ép chất lỏng. Cụ thể, khi chúng ta tác dụng một lực (gọi là lực f) lên pít – tông nhỏ có diện tích là s. Khi đó lực này sẽ tạo nên một áp suất p lên chất lỏng trong bình. Áp suất này được xác định bằng công thức:
p = f/s
Áp suất p sẽ được chất lỏng truyền đến pittông lớn theo nhiều hướng khác nhau. Pít – tông lớn có diện tích S và bị tác động một lực F bởi áp suất p. Từ đó, chúng ta có được công thức:
F/f = S/s.
Và đây cũng là công thức được sử dụng để tính toán các thông số trong việc sử dụng máy ép dùng chất lỏng.
Các em cần lưu ý và ghi nhớ thật kỹ các công thức trong bài viết này. Vì trong quá trình học tập, công thức sẽ được áp dụng rất nhiều trong các bài tập tính toán. Bài tập chương Áp suất chất lỏng được đánh giá là có độ khó cao hơn các chương còn lại. Vì vậy, việc ghi nhớ và hiểu rõ công thức cũng như lý thuyết bài học sẽ giúp các em tìm ra phương hướng giải bài tập chính xác.
Bài tập áp dụng công thức tính áp suất của chất lỏng
Ví dụ 1: Câu nào sau đây chỉ nói về chất lỏng là đúng?
A. Chất lỏng chỉ gây áp suất theo phương thẳng đứng từ trên xuống.
B. Áp suất chất lỏng chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng
C. Áp suất chất lỏng chỉ phụ thuộc vào chiều cao của cột chất lỏng
D. Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương
Lời giải: Tại một điểm trong lòng chất lỏng, áp suất tác dụng theo mọi phương và có giá trị như nhau.
Ví dụ 2: Hãy so sánh áp suất tại các điểm M, N và Q trong bình chứa chất lỏng trong hình:
Lời giải: đáp án A
– Áp suất tại một điểm trong lòng chất lỏng cách mặt thoáng của chất lỏng một độ cao h được tính theo công thức: p = d.h
– Như vậy trong lòng một chất lỏng điểm nào càng sâu thì có áp suất càng lớn.
Ví dụ 3: Vì sao khi lặn xuống biển, người thợ lặn phải mặc một bộ “áo giáp” nặng nề?
Lời giải: Vì khi lặn sâu dưới lòng biển, áp suất do nước biển gây ra lên đến hàng nghìn N/m2. Cơ thể người sẽ không chịu được áp suất đó vì vậy khi lặn xuống biển người thờ lặn phải mặc bộ áp lặn nặng nề để có thể chịu được áp suất do nước biển gây ra.
Bài tập 1: Một thùng hình trụ cao 1,5m đựng đầy nước. Tính áp suất của nước tác dụng lên:
a. Đáy thùng
b. Một điểm A cách đáy thùng 40cm
Biết trọng lượng riêng của nước là 10000
Hướng dẫn giải
a. Áp suất của nước tác dụng lên đáy thùng là:
b. Khoảng cách từ điểm A đến mặt thoáng của chất lỏng là:
Áp suất của nước tác dụng đến điểm A là:
Bài tập 2: Một máy nén thủy lực dùng để nâng giữ một ô tô. Diện tích của pit tông nhỏ là , diện tích của pit tông lớn là . Khi tác dụng lên pit tông nhỏ một lực 240N thì lực do pit tông lớn tác dụng lên ô tô là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
Gọi lần lượt là tiết diện của pit tông nhỏ và pit tông lớn
là lực tác dụng lên pit tông nhỏ và pit tông lớn
Do chất lỏng truyền áp suất nguyên vẹn theo mọi hướng
Vậy lực tác dụng lên pit tông lớn là 24000 N
Bài tập 3: Một quả cầu đồng móc vào một lực kế ngoài không khí lực kế chỉ 1,78N. Nhúng chìm quả cầu trong nước thì lực kế chỉ bao nhiêu? Biết trọng lượng riêng của nước bằng , đồng
Hướng dẫn giải
Số chỉ của lực kế cũng chính là trọng lượng của vật
Mặt khác:
Lại có:
Vậy số chỉ lực kế là:
Bài tập 4: Một thùng hình trụ cao 1,7m. Nước biển có trọng lượng riêng là
a. Tính áp suất do nước biển gây ra lên điểm A cách đáy thùng 80cm
b. Điểm B cách miệng thùng 45cm
c. Điểm C cách đáy thùng 55cm. Tìm sự chênh lệch áp suất giữa hai điểm B và C
Hướng dẫn giải
a. Khoảng cách từ điểm A đến mặt thoáng chất lỏng là
Mà
Vậy áp suất do nước biển gây ra tại điểm A là:
b. Làm tương tự câu a
c.
Chênh lệch áp suất giữa hai B và C là:
Bài 5: Hai nhánh A và B thông nhau. Nhánh A đựng dầu, nhánh B đựng nước tới cùng một độ cao. Khi bình mởi khóa K, nước và dầu có chảy từ bình nọ sang bình kia không?
A. Không, vì độ cao của cột chất lỏng ở hai bình bằng nhau
B. Dầu chảy sang nước vì lượng dầu nhiều hơn
C. Dầu chảy sang nước vì dầu nhẹ hơn
D. Nước chảy sang dầu vì áp suất cột nước lớn hơn áp suất cột dầu do trọng lượng riêng của nước lớn hơn của dầu.
Hướng dẫn giải
Áp suất tại một điểm trong lòng chất lỏng cách mặt thoáng của chất lỏng một độ cao h được tính theo công thức:
p = d.h
Hai nhánh này có độ cao như nhau nhưng trọng lượng riêng nước lớn hơn dầu nên áp suất ở đáy nhánh B lớn hơn nhánh A. Vì vậy nước chảy sang dầu
Bài 6: Một thùng cao 2m đựng một lượng nước cao 1,2m. Áp suất của nước tác dụng lên đáy thùng là:
A. 12000Pa
B. 1200Pa
C. 120Pa
D. 20000Pa
Hướng dẫn giải
Đáp án: A
Áp suất của nước ở đáy thùng là: p = d.h = 10000.1,2 = 12000N/m2 = 12000Pa
Bài 7: Một bể hình hộp chữ nhật có chiều cao 1,5m. Người ta đổ đầy nước vào bể. Áp suất của nước tại điểm cách đáy 0,7m là:
A. 15000Pa
B. 7000Pa
C. 8000Pa
D. 23000Pa
Hướng dẫn giải
Đáp án: C
– Áp suất của nước lên điểm cách đáy thùng 0,7m là: p = d.h = 10000.(1,5 – 0,7) = 8000N/m2 = 8000Pa
Bài 8: Hai bình có tiết diện bằng nhau. Bình thứ nhất chứa chất lỏng có trọng lượng riêng d1, chiều cao h1; bình thứ hai chứa chất lỏng có trọng lượng riêng d2 = 1,5d1, chiều cao h2 = 0,6h1. Nếu gọi áp suất tác dụng lên đáy bình thứ nhất là p1, lên đáy bình thứ 2 là p2 là:
A. p2 = 3p1
B. p2 = 0,9p1
C. p2 = 9p1
D. p2 = 0,4p1
Hướng dẫn giải
Đáp án: B
– Áp suất của nước ở đáy bình thứ nhất là: p1 = d1.h1
– Áp suất của nước ở đáy bình thứ hai là: p2 = d2.h2
– Suy ra: p2= 1,5d1.0,6.h1 = 0,9d1.h1 = 0,9p1
Bài 9: Một chiếc tàu bị thủng một lỗ nhỏ ở đáy. Lỗ này nằm cách mặt nước 2,2m. Người ta đặt một miếng vá áp vào lỗ thủng từ phía trong. Hỏi cần một lực tối thiểu bằng bao nhiêu để giữ miếng vá nếu lỗ thủng rộng 150cm2 và trọng lượng riêng của nước là 10 000N/m2?
A. 308N
B. 330N
C. 450N
D. 485N
Hướng dẫn giải
Đáp án: B
– Áp suất do nước gây ra tạo chỗ thủng là: P = d.h = 10 000 . 2,2 = 22000 (N/m2)
– Lực tối thiểu để giữ miếng ván là: F = p.s = 22000 . 0,015 = 330 (N)
Bài 10: Một bình thông nhau có hai nhánh, và 1 khóa K để ngăn cách giữa hai nhánh. Nhánh lớn có tiết diện lớn gấp đôi nhánh nhỏ. Người ta đổ nước vào nhánh lớn của bình, chiều cao của cột nước là 45cm. Tìm chiều cao cột nước ở hai nhánh sau khi mở khóa K một thời gian. Bỏ qua thể tích của ống nối hai nhánh.
Hướng dẫn giải
