Áp Suất Chất Lỏng: Khái Niệm, Công Thức và Ứng Dụng

Dễ dàng nhận thấy rằng khi lặn sâu xuống nước, tai sẽ bị ù và có cảm giác áp lực lớn hơn. Hiện tượng này liên quan đến một yếu tố vật lý quan trọng như áp suất chất lỏng. Trong đời sống và kỹ thuật thì áp suất chất lỏng đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến thiết kế tàu ngầm, đập thủy điện, hệ thống dẫn nước,… Vậy áp suất chất lỏng là gì? Nó có những đặc điểm gì và phụ thuộc vào yếu tố nào? Cùng tìm hiểu ngay sau đây.

Áp suất chất lỏng là gì

Áp suất chất lỏng là áp lực do chất lỏng tác dụng lên một đơn vị diện tích của vật tiếp xúc với nó. Khác với chất rắn, áp suất trong chất lỏng được truyền theo mọi hướng.

Ví dụ: Khi lặn xuống biển, nước sẽ tác dụng một áp lực lên toàn bộ cơ thể từ mọi phía.

viết   cách   lớp   sbt   nào   nêu   kết   luận   thí   nghiệm

Đặc điểm của áp suất chất lỏng

Áp suất chất lỏng có những đặc điểm quan trọng sau

  • Tác dụng theo mọi phương: Không giống áp suất trong chất rắn chỉ tác dụng theo một hướng, áp suất trong chất lỏng lan truyền đều theo mọi phương.
  • Tăng theo độ sâu: Càng xuống sâu, áp suất càng lớn.
  • Không phụ thuộc vào diện tích bề mặt: Áp suất chất lỏng chỉ phụ thuộc vào độ sâu, không phụ thuộc vào diện tích bề mặt vật tiếp xúc.
  • Tuân theo nguyên lý Pascal: Khi tác động một lực vào chất lỏng trong bình kín, áp suất sẽ truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.

Áp suất chất lỏng phụ thuộc vào yếu tố nào?

Áp suất chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng của bình chứa mà chỉ phụ thuộc vào các yếu tố sau

  • Độ sâu h: Càng xuống sâu, áp suất càng lớn.
  • Khối lượng riêng của chất lỏng d: Chất lỏng có khối lượng riêng lớn như thủy ngân sẽ tạo áp suất lớn hơn.
  • Gia tốc trọng trường g: Ở các hành tinh khác nhau, gia tốc trọng trường khác nhau sẽ làm thay đổi áp suất chất lỏng.

Đơn vị áp suất chất lỏng

Áp suất chất lỏng có đơn vị giống áp suất nói chung, thường dùng nhất là Pascal (Pa). Ngoài ra còn có các đơn vị khác như

  • 1 Pa = 1 N/m2 Newton trên mét vuông.
  • 1 atm ≈ 101325 Pa áp suất khí quyển tiêu chuẩn.
  • 1 bar = 100000 Pa.
  • 1 mmHg ≈ 133,3 Pa áp suất do cột thủy ngân cao 1 mm tạo ra.

Áp suất chất lỏng trong bình thông nhau

Nguyên lý bình thông nhau

Bình thông nhau là hệ thống gồm nhiều nhánh chứa cùng một chất lỏng và có đáy thông với nhau. Trong điều kiện tĩnh, mực chất lỏng trong các nhánh luôn bằng nhau, bất kể hình dạng của bình.

Điều này xảy ra vì tại cùng một độ sâu, áp suất của chất lỏng là như nhau. Nếu mực nước ở các nhánh khác nhau, sẽ xảy ra sự chênh lệch áp suất, làm chất lỏng di chuyển cho đến khi đạt trạng thái cân bằng.

Ứng dụng của nguyên lý bình thông nhau

  • Thiết kế ống dẫn nước, bể chứa nước.
  • Nguyên tắc hoạt động của hệ thống thủy lực.
  • Ứng dụng trong chế tạo máy đo áp suất.

Công thức tính áp suất chất lỏng

Áp suất chất lỏng tại một điểm có công thức

P = d × h

Trong đó

  • P: Áp suất chất lỏng (Pa).
  • d: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3).
  • h: Độ sâu của điểm xét so với mặt thoáng chất lỏng (m).

Nếu xét thêm áp suất khí quyển tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng, tổng áp suất tại điểm đó là

P tổng = P khí quyển + d × h

Với P khí quyển là áp suất khí quyển, thường lấy 101325 Pa ở mực nước biển.

Bài tập áp suất chất lỏng

Bài tập 1

Một hồ nước có độ sâu 5 m. Tính áp suất nước tác dụng lên đáy hồ, biết khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3 và gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2.

Lời giải

Áp suất do nước gây ra

P = d × h = 1000 × 9,8 × 5 = 49000 Pa = 49 kPa.

Bài tập 2

Một thợ lặn đang ở độ sâu 10 m dưới mặt nước biển. Hỏi tổng áp suất mà người thợ lặn phải chịu, biết áp suất khí quyển trên mặt biển là 101325 Pa và khối lượng riêng của nước biển là 1030 kg/m3.

Lời giải

Áp suất do nước biển

P nước = d × h = 1030 × 9,8 × 10 = 100940 Pa.

Tổng áp suất

P tổng = P khí quyển + P nước = 101325 + 100940 = 202265 Pa.

Bài tập 3

Hai nhánh của một bình thông nhau chứa cùng một loại chất lỏng. Nếu ta đổ thêm vào một nhánh 20 cm dầu có khối lượng riêng 800 kg/m3, hỏi chênh lệch mực chất lỏng giữa hai nhánh là bao nhiêu, biết nhánh còn lại chứa nước có khối lượng riêng 1000 kg/m3?

Lời giải

Gọi h là độ chênh lệch mực nước giữa hai nhánh, theo nguyên lý bình thông nhau

d dầu × h dầu = d nước × h nước

800 × 20 cm = 1000 × h

h = (800 × 20) / 1000 = 16 cm.

Vậy mực nước nhánh chứa dầu thấp hơn 16 cm so với nhánh còn lại.

Áp suất chất lỏng là một yếu tố quan trọng trong đời sống và kỹ thuật. Không chỉ ảnh hưởng đến những hiện tượng tự nhiên còn ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, xây dựng, hàng hải,… Hiểu rõ về áp suất chất lỏng giúp chúng ta tính toán và thiết kế các hệ thống hiệu quả hơn, đảm bảo an toàn trong các công trình liên quan đến chất lỏng

Bóng đá trực tuyến Xoilac