1. Khối lượng riêng
Khối lượng riêng của một chất nào đó chính là khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó.
Công thức tính khối lượng riêng: $\rho $=$\frac{m}{v}$
Trong đó:
- $\rho $: đọc là (rô), là khối lượng riêng
- m: là khối lượng
- V: là thể tích.
Đơn vị tính khối lượng riêng trong đơn vị SI là kg/m3 (hay kg.m-3 ). Bên cạnh đó, một đơn vị khác cũng được sử dụng cho khối lượng riêng là g/cm3 (g.cm3).
1g/cm3= 1000 kg/m3
2. Áp lực và áp suất
2.1. Áp lực
Một cuốn sách được đặt nằm yên trên mặt bàn nằm ngang. Nó chịu tác dụng của hai lực cân bằng đó là lực hút của Trái Đất và lực đẩy của mặt bàn.
Mặt bàn tác dụng lên cuốn sách lực $\overline{F}$ có phương thẳng đứng và chiều hướng lên trên, đồng thời có độ lớn bằng trọng lượng P của cuốn sách đó nên dựa theo định luật 3 Newton, cuốn sách sẽ tác dụng lên mặt bàn lực $\overline{F_N}$ có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống dưới và độ lớn bằng F. Lực $\overline{F_N}$ ép lên mặt bàn có phương vuông góc với mặt bàn. Nó được gọi là áp lực.
Áp lực phụ thuộc vào hai yếu tố bao gồm: Độ lớn của lực tác dụng lên vật và diện tích của bề mặt tiếp xúc lên vật.
2.2. Áp suất
Áp suất là đặc trưng cho tác dụng của áp lực lên bề mặt bị ép càng mạnh khi cường độ của áp lực càng lớn và diện tích của mặt bị ép càng nhỏ. Nó có độ lớn được tính bằng áp lực chia cho diện tích bị ép.
Áp suất được tính theo công thức: $\rho $= $\frac{F_N}{S}$
Trong đó:
- F: độ lớn áp lực, được đo bằng niutơn (N).
- S: diện tích bị ép, được đo bằng mét vuông (m2)
- p : áp suất, được đo bằng Paxcan (Pa). 1 Pa= 1N/m2
Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình học tập THPT vững vàng
3. Áp suất chất lỏng
3.1 Sự tồn tại áp suất chất lỏng
Chất lỏng tác dụng áp suất không chỉ lên đáy bình mà còn lên cả thành bình chứa và mọi điểm trong chất lỏng.
3.2. Khái niệm
Khái niệm áp suất chất chất lỏng được hiểu một cách đơn giản như sau: Áp suất chất lỏng tác dụng lên một điểm bất kỳ nào bên trong lòng chất lỏng chính là giá trị áp lực được tính trên một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó.
3.3. Công thức tính áp suất chất lỏng.
Công thức tính áp suất chất lỏng tại mỗi điểm ở độ sâu h trong lòng chất lỏng:
$\rho $= $\rho _a$+ $\rho gh$
Trong đó:
- $\rho _a$: là áp suất khí quyển.
- h: là độ sâu
- $\rho $: là khối lượng riêng của chất lỏng
- g: là gia tốc trọng trường
3.4. Phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên
Phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên có thể cho phép xác định sự chênh lệch về áp suất của chất lưu giữa 2 điểm.
Độ chênh lệch mực chất lỏng ở giữa hai nhánh của bình thông nhau chứa chất lỏng thường được sử dụng để đo áp suất.
=> Phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên: $\Delta \rho $=$\rho .g.\Delta h$
4. Bài tập ôn luyện lý thuyết áp suất chất lỏng
4.1 Bài tập tự luận
Bài 1: Đáy của một con tàu bị thủng ở độ sâu 1,2 m. Người ta sửa tạm thời bằng cách đặt một miếng vá áp vào lỗ thủng từ phía trong. Biết lỗ thủng rộng 200cm2. Hỏi lực tối thiểu bằng bao nhiêu để được giữ miếng vá? Lấy g = 10 m/s2.
Hướng dẫn giải:
Áp suất lên miếng vá khi ở độ sâu 1,2m là:
$\rho $= $\rho _a$+ $\rho gh$ =$\rho _a$ + 1000.10.1,2=$\rho _a$ + 12000 ($\rho _a$)
Vì trong con tàu cũng có áp suất khí quyển $\rho _a$. Vậy nên để có thể giữ được miếng vá từ phía trong, thì lực tối thiểu phải bằng áp lực của nước lên miếng vá:
F= $\rho gh.S$=12000.200.10-4=240(N)
Bài 2: Một thùng đựng đầy nước cao 80cm. Áp suất tại điểm A cách đáy 20cm là bao nhiêu? Biết trọng lượng riêng của nước là 10000N/m3.
Hướng dẫn giải:
Ta có:
Khoảng cách từ điểm A đến mặt thoáng là: h = 0,8 − 0,2 = 0,6m
Trọng lượng riêng của nước: d =10000N/m3
=> Áp suất của nước tác dụng lên điểm A là:
$\rho _A$ = d.h = 10000.0,6 = 6000Pa
Bài 3: Một chiếc ghế trọng lượng 80 N có bốn chân, diện tích mỗi chân 10 cm2. Tính áp suất do ghế tác dụng lên sàn.
Hướng dẫn giải:
Diện tích bị ép của mặt sàn:
S= 4.(10.10-4)= 40.10-4 (m2)
Áp suất do ghế tác dụng lên sàn:
$\rho _a$= $\frac{F}{S}$ = $\frac{80}{40.10^{-4}}$= 20000 N/m2
Bài 4: Một cái cốc hình trụ, chứa một lượng nước và thủy ngân cùng khối lượng. Độ cao tổng cộng của chất lỏng trong cốc là H = 146cm. Tính áp suất của các chất lỏng lên đáy cốc, biết khối lượng riêng của nước là $D_1$ = 1g/ cm3 và của thủy ngân là $D_2$ = 13,6g/ cm3
Hướng dẫn giải:
Gọi $h_1$ là độ cao cột nước; $h_2$ là độ cao cột thủy ngân S là diện tích đáy bình.
Ta có: H = $h_1$ + $h_2$ (1)
Khối lượng của nước là: $m_1$ = $V_1$.$D_1$
mà $V_1$ = $h_1$.S ⇒ $m_1$ = $h_1$.S.$D_1$
Khối lượng của thủy ngân là : $m_2$ = $V_2$.$D_2$
mà $V_2$ = $h_2$.S ⇒ $m_2$ = $h_2$.S.$D_2$
Do 2 vật có khối lượng bằng nhau nên ta có: $h_1$.S.$D_1$= $h_2$.S.$D_2$
=> Vậy chiều cao của cột nước gấp 13,6 lần chiều cao cột thủy ngân.
Chiều cao cột nước là:
13,6.146 / (13,6 +1) = 136 (cm)
Áp suất của thủy ngân và của nước lên đáy bình là:
$\rho $ = $\rho _1$ + $\rho _2$ = 10000.1,36 + 136000.0,1 = 27200 (N/m2)
Bài 5: Một khối sắt đặc hình hộp chữ nhật, có kích thước các cạnh tương ứng là 50 cm x 30 cm x 15 cm. Hỏi người ta phải đặt khối sắt đó như thế nào để áp suất của nó gây lên mặt sàn là 39 000 N/m2. Biết khối lượng riêng của sắt là 7800 kg/m3.
Hướng dẫn giải:
Thể tích của khối sắt là: V = 50.35.15 = 22500 cm3 = 225.10-4 (m3)
Trọng lượng của khối sắt là:
P = 10.D.V = 10.7800.225.10-4=1755 N
Diện tích mặt bị ép là: $\rho $= $\frac{F}{S}$ => S = $\frac{F}{\rho }$ = $\frac{P}{\rho }$= 175539000=0,045m2
Khi đặt đứng khối sắt, với mặt đáy có các cạnh có kích thước là 30 cm x 15 cm thì diện tích mặt bị ép:
$S_đ$= 30.15=450 cm3= 0,045m2
Ta thấy : S = $S_đ$
Vậy người ta phải đặt đứng khối sắt để áp suất của nó gây lên mặt sàn là 39000 N/m2
4.2. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Hãy chọn phát biểu đúng về áp suất chất lỏng?
A. Trong mọi chất lỏng khác nhau nếu cùng độ sâu thì áp suất như nhau.
B. Áp suất tác dụng lên thành bình và không bị phụ thuộc vào diện tích bị ép.
C. Áp suất gây ra do trọng lượng của chất lỏng tác dụng lên một điểm bất kì tỉ lệ nghịch với độ sâu.
D. Chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương.
Đáp án đúng: D
Vì chất lỏng có thể gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật/ chất ở trong lòng nó.
Câu 2: Đơn vị nào sau đây không phải đơn vị đo của áp suất?
A. Pa (Paxcan).
B. mmHg (milimet thủy ngân).
C. kg/m3
D. atm (atmotphe).
Đáp án đúng: C
Công thức tính áp suất là $\rho $= $\frac{F_N}{S}$ có đơn vị kg/m3 là đơn vị của khối lượng riêng.
Câu 3: Áp suất chất lỏng tại một điểm trong lòng chất lỏng phụ thuộc vào yếu tố nào?
A. khối lượng của chất lỏng.
B. độ sâu của điểm đang xét (so với mặt thoáng chất lỏng)
C. thể tích của chất lỏng.
D. trọng lượng của chất lỏng.
Đáp án đúng: B
Công thức áp suất chất lỏng: p = ρgh. Vì vậy, áp suất chất lỏng tại một điểm trong lòng chất lỏng phụ thuộc vào độ sâu của điểm đó (so với mặt thoáng của chất lỏng).
Câu 4: Một thùng chứa đầy nước cao 80 cm. Biết khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3. Áp suất tại điểm A cách với đáy 20 cm là bao nhiêu?
A. 10000 N/m2.
B. 3000 N/m2.
C. 6000 N/m2.
D. 6500 N/m2.
Đáp án đúng: C
Áp suất chất lỏng tại điểm A là:
p = ρ.g.h = 1000.10.(80 - 20).10-2 = 6000 N/m2.
Câu 5: Nhúng một khối lập phương vào nước, mặt nào của khối lập phương sẽ chịu áp lực lớn nhất của nước?
A. Mặt dưới.
B. Áp lực như nhau ở cả 6 mặt.
C. Mặt trên
D. Các mặt bên.
Đáp án đúng: A
Áp suất chất lỏng phụ thuộc vào độ sâu của điểm xét, nó sẽ ở mặt dưới của khối lập phương, tương ứng với vị trí có độ sâu lớn nhất so với các điểm khác. Do đó áp suất ở mặt dưới là lớn nhất, diện tích các mặt khối lập phương là như nhau nên áp lực ở mặt dưới lớn nhất.
Câu 6: Muốn tăng áp suất cần thực hiện:
A. tăng diện tích của mặt bị ép và giảm áp lực.
B. giảm diện tích của mặt bị ép và giảm áp lực theo cùng tỉ lệ.
C. tăng diện tích của mặt bị ép và tăng áp lực theo cùng tỉ lệ.
D. giảm diện tích của mặt bị ép và tăng áp lực.
Đáp án đúng: D
$\rho $=$\frac{F}{S}$ ⇒ Muốn tăng áp suất, ta phải tăng lực ép hoặc giảm diện tích mặt bị ép S.
Câu 7: Một thùng có chiều cao 2 m đựng một lượng nước cũng cao 1,2 m. Biết trọng lượng riêng của nước là 10000 N/m3. Tính áp suất của nước tác dụng lên đáy thùng.
A. 12000 Pa.
B. 1000 Pa.
C. 20000 Pa.
D. 1200 Pa.
Đáp án đúng: A
Áp suất của nước tác dụng ở đáy thùng là:
p = d.h = 10000.1,2 = 12000N/m2 = 12000Pa.
Câu 8: Một con tàu bị thủng lỗ nhỏ ở đáy. Lỗ thủng cách mặt nước 2,2 m. Người ta đã đặt một miếng vá áp vào lỗ thủng từ phía trong. Cần một lực tối thiểu bao nhiêu để có thể giữ miếng vá nếu lỗ thủng rộng 150 cm2 và trọng lượng riêng của nước là 10000N/m2?
A. 385 N.
B. 500 N.
C. 330 N.
D. 450 N.
Đáp án đúng: B
Áp suất do nước gây ra tại vị trí chỗ thủng là:
p = d.h = 10000.2,2 = 22000 (N/m2)
Lực tối thiểu để giữ miếng vá:
F = p.S = 22000.0,015 = 330 (N)
Câu 9: Bốn bình 1, 2, 3, 4 cùng đựng nước như hình dưới. Áp suất của nước lên đáy bình nào là lớn nhất?
A. Bình 4
B. Bình 3
C. Bình 2
D. Bình 1
Đáp án đúng: D
Ta có, áp suất p = dh
Trong đó: h: độ sâu tính từ mặt thoáng chất lỏng đến điểm tính áp suất (m)
Từ hình có thể thấy, bình 1 có chiều cao cột chất lỏng lớn nhất
=> Áp suất của nước tác dụng lên đáy bình 1 lớn nhất.
Câu 10: Phát biểu nào sai khi nói về áp suất chất lỏng?
A. Áp suất tác dụng lên thành bình phụ thuộc vào diện tích bị ép.
B. Áp suất tại những điểm trên một mặt phẳng nằm ngang trong chất lỏng đứng yên khác nhau.
C. Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương
D. Áp suất gây ra do trọng lượng của chất lỏng tác dụng lên một điểm tỉ lệ với độ sâu.
Đáp án đúng: B
D - sai vì: Áp suất tại những điểm trên một mặt phẳng nằm ngang trong chất lỏng đứng yên là như nhau
Câu 11: Câu nào sau đây đúng về áp suất chất lỏng?
A. Chất lỏng gây ra áp suất lên cả đáy bình, thành bình và các vật ở trong chất lỏng.
B. Chất lỏng chỉ gây ra áp suất lên đáy bình.
C. Chất lỏng chỉ gây ra áp suất lên đáy bình và thành bình.
D. Chất lỏng chỉ gây ra áp suất lên các vật nhúng trong nó.
Đáp án đúng: A
Theo khái niệm, chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật ở trong lòng nó.
Câu 12: Áp suất gây ra bởi chất lỏng có trọng lượng riêng d tại một điểm cách mặt thoáng có độ cao h được tính theo công thức nào?
A. p = d/h
B. p = h/d
C. p = d.h
D. Một công thức khác
Đáp án đúng: C
p = d.h. Trong đó:
+ p: áp suất ở đáy cột chất lỏng (Pa)
+ h: là độ sâu tính từ mặt thoáng chất lỏng đến điểm tính áp suất (m)
+ d: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)
Câu 13: Tác dụng áp lực lên mặt bị ép càng lớn khi nào?
A. cường độ áp lực càng nhỏ và diện tích mặt bị ép càng lớn.
B. diện tích mặt bị ép càng nhỏ.
C. cường độ áp lực càng lớn.
D. cường độ áp lực càng lớn và diện tích mặt bị ép càng nhỏ.
Đáp án đúng là: D
Tác dụng của áp lực lên mặt bị ép càng lớn khi cường độ áp lực càng lớn và diện tích mặt bị ép càng nhỏ.
Câu 14: Dụng cụ dùng để đo khối lượng riêng của quả cầu bằng sắt:
A. Sử dụng một lực kế.
B. Sử dụng một cái cân và bình chia độ.
C. Sử dụng một bình chia độ.
D. Chỉ cần sử dụng một cái cân.
Đáp án đúng: B
Khối lượng riêng là một thuộc tính của các chất, có thể đo được qua phép đo khối lượng và thể tích. Vì vậy, cần sử dụng cân và bình chia độ
Câu 15: Hai nhánh xanh và cam thông nhau. Nhánh cam đựng dầu, nhánh xanh đựng nước tới cùng một độ cao. Khi bình mở khóa , nước và dầu có chảy từ bình nọ sang bình kia không?
A. Nước chảy sang dầu
B. Dầu chảy sang nước vì lượng dầu nhiều hơn
C. Không, vì độ cao của cột chất lỏng ở hai bình bằng nhau
D. Dầu chảy sang nước vì dầu nhẹ hơn
Đáp án đúng: 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
Hai nhánh này có độ cao bằng nhau nhưng trọng lượng riêng nước lớn hơn dầu nên áp suất ở đáy nhánh xanh lớn hơn nhánh cam. Vì vậy nước chảy sang dầu.
Qua bài viết này, VUIHOC hi vọng rằng có thể giúp các bạn học sinh hiểu được rõ những kiến thức cơ bản cần nắm về Áp suất chất lỏng. Để học nhiều hơn các kiến thức Vật lý 10 cũng như Vật lý THPT thì các em hãy truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé!
