Trong môn vật lý, nếu các bạn học sinh không nắm nhớ được lý thuyết áp suất là gì và công thức tính áp suất thì không thể giải được các bài tập về áp suất. Chính vì vậy, Hyundai Smart Phone đã tổng hợp các công thức tính áp suất chất rắn, lỏng, khí,..kèm theo các bài tập minh họa để các bạn cùng tham khảo
Áp suất là gì?
Áp suất là lực trên một đơn vị diện tích tác dụng theo chiều vuông góc với bề mặt của vật thể. Kí hiệu của áp suất là p. Đơn vị của áp suất bằng Newton trên mét vuông (N/m²)
Công thức tính áp suất
p = F/S
Trong đó:
- p: là áp suất (N/m2)
- F: là áp lực (N)
- S: là diện tích bị ép (m2)
Công thức tính áp suất chất lỏng
p = d.h
Trong đó:
- p là áp suất ở đáy cột chất lỏng, đơn vị là Pa
- d là trọng lượng riêng của chất lỏng, đơn vị là N/m3
- h là độ sâu tính từ điểm tính áp suất đến mặt thoáng chất lỏng, đơn vị là m.
Công thức tính áp suất chất rắn
p = F/S
Trong đó :
- F là áp lực lên chất rắn (N)
- S là diện tích bị ép (m² )
- p là áp suất (n/m² = 1Pa)
Tham khảo thêm: Lực đẩy Ác-si-mét là gì? Công thức tính lực đẩy Ác-si-mét kèm VD
Công thức tính áp suất thẩm thấu
Áp suất thẩm thấu được hiểu là lực đẩy trong hiện tượng thẩm thấu ( sự dịch chuyển của dung môi từ dung dịch có nồng độ thấp sang nồng độ cao). Áp suất này tỷ lệ thuận với nồng độ cũng như nhiệt độ của dung dịch.
p = R.T.C
Trong đó:
- p: là áp suất thẩm thấu, đơn vị atm.
- R: là hằng số cố định 0,082
- T: nhiệt độ tuyệt đối, T = 273 + t oC
- C: Lượng nồng độ dung dịch được phân li theo tỷ lệ từng dung chất, đơn vị gam/lit.
Công thức tính áp suất thủy tĩnh
Áp suất tĩnh (Hydrotatic Pressure) là áp lực được tính khi mực chất lỏng ở mức cân bằng không có dao động.
p = po + pgh
Trong đó:
- p: khối lượng riêng mặc định của một đơn vị chất lỏng, đơn vị kg/m3
- po: áp suất khí quyển
- g: gia tốc trọng trường
- h: chiều cao từ đáy lên mặt tĩnh của chất lỏng.
Công thức tính áp suất riêng phần
Áp suất riêng phần của một chất khí khi nằm trong một hỗn hợp khí nếu giả thiết 1 mình khí đó chiếm toàn bộ thể tích của hộp.
pi = xi.p
Trong đó:
- pi: áp suất riêng phần
- xi: phần mol xi của phần tử i trong hỗn hợp khí
- p: áp suất toàn phần
Công thức tính áp suất tuyệt đối
Áp suất tuyệt đối là tổng áp suất gây ra bởi cả khí quyển và cột chất lỏng tác dụng lên điểm trong lòng chất lỏng.
pa = p0 + γh
Trong đó:
- p0 là áp suất khí quyển
- γ là trọng lượng riêng của chất lỏng
- h là độ sâu thẳng đứng từ mặt thoáng chất lỏng đến điểm được xét
Xem ngay: Nhiệt lượng là gì? Công thức tính nhiệt lượng kèm bài tập có đáp án
Bài tập về áp suất thường gặp có đáp án
Ví dụ 1: 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?
Lời 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
Ví dụ 2: 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 bao nhiêu?
Lời giải
Áp suất của nước lên điểm cách đáy thùng 0,7m là:
p = d.h = 10000.(1,5 – 0,7) = 8000N/m2 = 8000Pa
Ví dụ 3: Một lọ hoa có khối lượng 500g được đặt trên bàn. Tính áp suất mà lọ hoa tác dụng lên mặt bàn, biết đáy bình hoa là hình tròn có đường kính bằng 5cm.
Lời giải
Đổi: 500 g = 0,5 kg; 5 cm = 0,05 m.
Áp lực mà lọ hoa tác dụng lên mặt bàn bằng trọng lượng của lọ hoa:
F = P = 10.m = 10.0,5 = 5 (N).
Diện tích mặt bị ép bằng diện tích đáy bình hoa:
S = p.r2 = p.0,052 » 7,85.10-3 (m2)
Áp suất mà lọ hoa tác dụng lên mặt bàn là:
p = F/S = 5 : 7,85.10-3 = 637 (Pa)
Ví dụ 4: 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 bao nhiêu?
Lời giải
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
Ví dụ 5: Một người thợ lặn mặc bộ áo lặn chịu được một áp suất tối đa là 300000 N/m2. Biết trọng lượng riêng của nước là 10000N/m3.
a. Hỏi người thợ đó có thể lặn được sâu nhất là bao nhiêu mét?
b. Tính áp lực của nước tác dụng lên cửa kính quan sát của áo lặn có diện tích 200cm2 khi lặn sâu 25m.
Lời giải
a. Theo công thức áp suất chất lỏng:
P = d.h ⇒ h = p/d = 300000/10000=30 (m)
b. Áp lực của nước tác dụng lên cửa kính quan sát của áo lặn là:
P = d.h = 25.10000=250000 (Pa)
P = F/S ⇒ F = P.S = 250000.0,02= 5000 (N)
Ví dụ 6: 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.
Lời giải:
Gọi diện tích tiết diện của ống nhỏ là S, thì diện tích tiết diện ống lớn là 2S. Sau khi mở khóa T, cột nước ở hai nhánh có cùng chiểu cao h.
Do thể tích nước trong bình thông nhau là không đổi nên thể tích nước ở nhánh lớn lúc ban đầu bằng với tổng thể tích nước ở hai nhánh lúc sau
Ta có: 2S.45 = S.h + 2S.h
⇒ h = 30 (cm)
Ví dụ 7: Chiếc tủ lạnh gây ra một áp suất 1600 Pa lên sàn nhà. Biết diện tích tiếp xúc của tủ và sàn nhà là 0,5 m2. Hãy tính khối lượng của chiếc tủ lạnh?
Lời giải
Áp lực mà tủ lạnh tác dụng lên sàn nhà là:
F = p.S =1600.0,5 = 800 (N)
Áp lực F do tủ lạnh tác dụng lên sàn nhà có độ lớn bằng trọng lượng P của tủ:
P = 10.m = F = 800 (N)
Vậy khối lượng của tủ lạnh là:
m =P/10 = 800 : 10 = 80 kg
Ví dụ 8: 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 D1 = 1g/cm3 và của thủy ngân là D2 = 13,6g/cm3
Lời giải:
Gọi h1 là độ cao cột nước; h2 là độ cao cột thủy ngân S là diện tích đáy bình.
a có: H = h1 + h2 (1)
Khối lượng của nước là: m1 = V1.D1
mà V1 = h1.S ⇒ m1 = h1.S.D1
Khối lượng của thủy ngân là : m2 = V2.D2
mà V2 = h2.S ⇒ m2 = h2.S.D2
Do 2 vật có khối lượng bằng nhau nên ta có :
h1.S.D1= h2.S.D2
⇒ h1.D1 = h2.D2 ⇔ h1/h2 = D2/D1 = 13,6
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:
p = p1 + p2 = 10000.1,36 + 136000.0,1 = 27200 (N/m2)
Ví dụ 9: Một người trưởng thành nặng 60kg cao 1,6 m thì có diện tích cơ thể trung bình là 1,6m2 hãy tính áp lực của khí quyển tác dụng lên người đó trong điều kiện tiêu chuẩn. Biết trọng lượng riêng của thủy ngân là 136000 N/m3. Tại sao người ta có thể chịu đựng được áp lực lớn như vậy mà không hề cảm thấy tác dụng của áp lực này?
Lời giải
Ở điều kiện tiêu chuẩn áp suất khí quyển là 76 cmHg:
p = d.h = 136000. 0,76 = 103360 (N/m2)
Áp dụng công thức tính áp suất, ta được:
p = F/S F= p.S
Áp lực mà khí quyển tác dụng lên cơ thể người là:
F = p.S = 103360.1,6 = 165376 (N)
Sở dĩ người ta có thể chịu đựng được và không cảm thấy tác dụng của áp lực này vì bên trong cơ thể cũng có không khí nên áp lực tác dụng từ bên ngoài và bên trong cân bằng nhau
Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nắm được lý thuyết áp suất là gì và các công thức tính áp suất chất rắn, lỏng, khí để vận dụng vào làm bài tập. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của chúng tôi
