Các kiến thức được cung cấp trong môn Vật Lý giúp các em có được sự hiểu biết sâu rộng về các hiện tượng xảy ra xung quanh trong đời sống hằng ngày. Một trong những chuyên đề mà các em sẽ được học trong chương trình Vật Lý 8 đó là áp suất chất lỏng. Để hiểu rõ hơn về Áp suất chất lỏng, chúng ta sẽ tìm hiểu qua bài viết sau đây.
Áp suất chất lỏng là gì?
Để giải thích một cách chi tiết thuật ngữ “áp suất chất lỏng”, chúng ta sẽ cùng nhau phân tích thí nghiệm cụ thể sau đây:
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?
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.
Định nghĩa của áp suất chất lỏng
Từ hai thí nghiệm trên, chúng ta có thể rút ra được kết luận cuối cùng để giải thích cho thuật ngữ Áp suất chất lỏng:
Áp suất chất lỏng lên một điểm bất kỳ ở bên trong lòng chất lỏng chính là giá trị áp lực tính trên một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó. Chất lỏng không chỉ gây ra áp suất lên thành bình, mà lên cả đáy bình và các vật nằm trong lòng chất lỏng.
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 và áp suất chất lỏng tương đối là gì?
Áp suất chất lỏng tuyệt đối
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
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
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.
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.
Một số bài tập áp dụng công thức tính áp suất của chất lỏng
Dưới đây là một vài câu hỏi bài tập đơn giản giúp các em áp dụng công thức tính áp suất chất lỏng một cách nhuần nhuyễn.
Bài 1: Hãy so sánh áp suất tại các điểm M, N và Q trong bình chứa chất lỏng trong hình:
Hướng dẫn giải: Đáp án A
Vì theo như công thức tính áp suất chất lỏng tại một điểm nằm trong lòng chất lỏng cách mặt thoáng một độ cao h là: p = d.h
Do đó, trong lòng một chất lỏng, điểm nào càng nông thì có áp suất càng nhỏ.
Bài 2: 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 N/m3
Hướng dẫn giải
a. Áp suất của nước tác dụng lên đáy thùng là:
p=d(nước).h = 10000.1,5 = 15000 (Pa)
b. Khoảng cách từ điểm A đến mặt thoáng của chất lỏng là:
h1=h – h= 1,5-0,4 = 1,1 (m)
Áp suất của nước tác dụng đến điểm A là:
p1=d(nước).h1= 10000.1,1 = 11000 (Pa)
Bài 3: Một thùng hình trụ cao 1,7m. Nước biển có trọng lượng riêng là 10300 N/ m3
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:
h1= h – h2 = 1,7-0,8 = 0,9 (m)
Theo công thức áp suất chất lỏng: p = d.h
Do đó, áp suất do nước biển gây ra tại điểm A là:
P1 = 10300.0,9 = 92700 (Pa)
b. Điểm B cách miệng thùng 45cm:
p2 = 10300.0,45 = 4635 (Pa)
c. Điểm C cách đáy thùng 55cm:
P3 = 10300.1,15 = 11845 (Pa)
Tính được áp suất chênh lệch giữa hai điểm B và C là:
p = p2 – p1 = 7210 (Pa)
Xem thêm: Hiểu toàn bộ về áp suất chân không đơn giản nhất
Áp suất chất lỏng bình thông nhau và ứng dụng
Trong chủ đề bài học về Áp suất chất lỏng, các em sẽ được tìm hiểu về khái niệm bình thông nhau cũng như lý thuyết về áp suất chất lỏng bình thông nhau. Và đây chắc chắn là kiến thức được ứng dụng rất nhiều trong đời sống hằng ngày, các em có thể đã bắt gặp hoặc sẽ bắt gặp trong tương lai.
Bình thông nhau là gì, cấu tạo của bình thông nhau như thế nào?
Bình thông nhau có cấu tạo với 2 nhánh thông đáy với nhau.Trong bình thông nhau sẽ chứa đồng thời một chất lỏng đứng yên. Ở 2 nhánh của bình, cột chất lỏng sẽ có chiều cao ngang bằng nhau, áp suất tại các điểm trong bình, trên cùng mặt phẳng cũng bằng nhau.
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.
Giải bài tập áp suất chất lỏng Vật Lý 8
Sau đây là các câu hỏi bài tập giúp các em tổng hợp và ôn lại các kiến thức đã được tìm hiểu trong bài viết. Câu hỏi đều sẽ đi kèm với đáp án hướng dẫn cụ thể để các em có thể dễ dàng kiểm tra để nhận ra những sai sót của mình.
Câu 1: Chọn phát biểu đúng khi nói về áp suất chất lỏng?
A. Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương.
B. Áp suất tác dụng lên thành bình không phụ thuộc diện tích bị ép.
C. Áp suất gây ra do trọng lượng của chất lỏng tác dụng lên một điểm tỉ lệ nghịch với độ sâu.
D. Nếu cùng độ sâu thì áp suất như nhau trong mọi chất lỏng khác nhau.
Hướng dẫn: Đáp án A vì chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật ở trong lòng nó
Câu 2: Công thức tính áp suất chất lỏng là:
A. p = d/h
B. p = d.h
C. p = d.V
D. p = h/d
Hướng dẫn: Đáp án B
Theo lý thuyết đã được học, công thức tính áp suất chất lỏng là p = d.h
Câu 3: Áp suất mà chất lỏng tác dụng lên một điểm phụ thuộc vào:
A. Khối lượng lớp chất lỏng phía trên.
B. Trọng lượng lớp chất lỏng phía trên.
C. Thể tích lớp chất lỏng phía trên.
D. Độ cao lớp chất lỏng phía trên.
Hướng dẫn: Đáp án D
Áp suất mà chất lỏng tác dụng lên một điểm phụ thuộc độ cao lớp chất lỏng phía trên
Câu 4: Trong các kết luận sau, kết luận nào không đúng về bình thông nhau?
A. Bình thông nhau là bình có 2 hoặc nhiều nhánh thông nhau.
B. Tiết diện của các nhánh bình thông nhau phải bằng nhau.
C. Trong bình thông nhau có thể chứa 1 hoặc nhiều chất lỏng khác nhau.
D. Trong bình thông nhau chứa cùng 1 chất lỏng đứng yên, các mực chất lỏng ở các nhánh luôn ở cùng một độ cao.
Hướng dẫn: Đáp án B
Vì tiết diện của nhánh bình thông nhau không nhất thiết phải bằng nhau
Câu 5: Một cục nước đá đang nổi trong bình nước. Mực nước trong bình thay đổi như thế nào khi cục nước đá tan hết?
A. Tăng
B. Giảm
C. Không đổi
D. Không xác định được
Hướng dẫn: Đáp án C
Mực nước trong bình không đổi khi cục nước đá tan hết
Câu 6: Một tàu ngầm đang di chuyển dưới biển. Áp kế đặt ở ngoài vỏ tàu chỉ áp suất 2020000 N/m2. Một lúc sau áp kế chỉ 860000N/m2. Tính độ sâu của tàu ngầm ở hai thời điểm trên biết trọng lượng riêng của nước biển bằng 10300N/m3
A. 196m; 83,5m
B. 160m; 83,5m
C. 169m; 85m
D. 85m; 169m
Hướng dẫn: Đáp án A
Công thức tính áp suất chất lỏng: p = d.h ⇒ h = p/d
Độ sâu của tàu ngầm ở thời điểm trước khi nổi lên là:
h1 = d1/p = 2020000/10300 = 196 (m)
Độ sâu của tàu ngầm ở thời điểm sau khi nổi lên là:
h2 = d2/p = 860000/10300 = 83,5 (m)
Câu 7: Trong bình thông nhau gồm hai nhánh, nhánh lớn có tiết diện gấp đôi nhánh nhỏ. Khi chưa mở khóa T, chiều cao của cột nước ở nhánh lớn là 30 cm. Tính chiều cao cột nước ở hai nhánh sau khi đã mở khóa T và khi nước đã đứng yên. Bỏ qua thể tích của ống nối hai nhánh.
A. 10 cm
B. 20 cm
C. 30 cm
D. 40 cm
Hướng dẫn: Đáp án B
Gọi diện tích tiết diện của ống nhỏ là s, ống lớn là 2s.
Sau khi mở khóa T cột nước ở hai nhánh có cùng chiều cao h.
Do thể tích nước trong bình thông nhau là không đổi nên ta có:
2s.30 = s.h + 2s.h
⇒ h = 20 (cm)
Câu 8: Một chiếc tàu bị thủng lỗ ở độ sâu 2,8m. 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 150 cm2 và trọng lượng riêng của nước là 10000 N/m3.
A. 390N
B. 400N
C. 395N
D. 420N
Hướng dẫn: Đáp án D
Áp suất do nước gây ra tại chỗ thủng là:
p = d.h = 10000.2,8 = 28000 (N/m2)
Lực tối thiểu để giữ miếng vá là:
F = p.s = 28000.0,015 = 420 (N)
Lời kết
Bài viết trên đây đã tổng hợp toàn bộ các kiến thức cần thiết trong bài áp suất chất lỏng. Hy vọng với nội dung lý thuyết cũng như các câu hỏi ôn tập đi kèm, các em sẽ có thể hiểu tường tận bài học, nắm kỹ các công thức được đề cập bên trên và áp dụng vào tính toán các bài tập từ cơ bản đến nâng cao một cách thật hiệu quả.
