Bài 7: Áp suất
I. ÁP LỰC LÀ GÌ?
- Áp lực là lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép.
$\bullet \,\,$ C1
Trong số các lực được ghi ở dưới hình 7.3a và b, thì lực nào là áp lực?
Trả lời:
- Trong hình 7.3a, lực của máy kéo tác dụng lên mặt đường là áp lực.
- Trong hình 7.3b, lực của ngón tay tác dụng lên đầu đinh và lực của mũi đinh tác dụng lên bảng gỗ đều là áp lực.
II. ÁP SUẤT
1. Tác dụng của áp lực phụ thuộc vào những yếu tố nào?
- Tác dụng của áp lực phụ thuộc vào hai yếu tố là độ lớn của áp lực và diện tích bị ép.
- Tác dụng của áp lực càng lớn khi độ lớn của áp lực càng lớn và diện tích mặt bị ép càng nhỏ.
2. Công thức tính áp suất
- Áp suất là độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép.
- Áp suất được tính bằng công thức:
$p = \frac {F}{S}$
Trong đó:
$p:$ áp suất
$F:$ áp lực tác dụng lên mặt bị ép
$S:$ diện tích bị ép
- Đơn vị của áp suất gọi là Paxcan, kí hiệu là $Pa:$ $1\,Pa = 1\, N/m^{2}.$
$\bullet \,\,$ Lưu ý:
- Đơn vị áp suất trong hệ thống đo lường hợp pháp của nước ta là paxcan: $1\,Pa = 1\,N/m^{2}.$ Vì $Pa$ quá nhỏ nên trong thực tế, người ta dùng đơn vị lớn hơn là bar: $1\,bar = 10^{5}\,Pa.$
- Ngoài ra, người ta cũng dùng atmotphe làm đơn vị áp suất. Atmotphe là áp suất gây bởi một cột thủy ngân cao $76\,cm:$ $1\,atm = 103360\,Pa.$
- Để đo áp suất, người ta có thể dùng áp kế.
III. VẬN DỤNG
$\bullet \,\,$ Một số lưu ý khi giải bài tập về áp suất
1. Cách nhận biết áp lực
- Không phải bất kì lực nào cũng được gọi là áp lực. Muốn xác định một lực nào đó có phải là áp lực hay không thì ta phải xác định mặt bị ép là mặt nào để biết được phương của lực đó có vuông góc với diện tích mặt bị ép hay không.
- Khi vật đặt trên mặt phẳng ngang thì trọng lực được gọi là áp lực.
- Khi vật đặt trên mặt phẳng nghiêng thì trọng lực không được gọi là áp lực vì khi đó trọng lực có phương không vuông góc với diện tích mặt bị ép.
2. Tính áp lực, diện tích mặt bị ép
- Công thức tính áp suất: $p = \frac {F}{S}$
$\Longrightarrow$ Công thức tính áp lực: $F = p.S$
$\Longrightarrow$ Công thức tính diện tích mặt bị ép: $S = \frac {F}{p}$
Chú ý:
- Đơn vị của các đại lượng trong công thức đã thống nhất hay chưa.
- Nếu diện tích mặt bị ép là:
+ Hình vuông thì $S = a^{2}$ (với $a$ là độ dài của mỗi cạnh hình vuông).
+ Hình chữ nhật thì $S = a.b$ (với $a$ và $b$ lần lượt là chiều dài và chiều rộng của hình chữ nhật).
+ Hình tròn thì $S = \pi .r^{2}$ (với $r$ là bán kính của hình tròn).
$\bullet \,\,$ C4
Dựa vào nguyên tắc nào để làm tăng, giảm áp suất? Nêu những ví dụ về việc làm tăng, giảm áp suất trong thực tế.
Trả lời:
Ta có, áp suất được xác định bởi biểu thức: $p = \frac {F}{S}$
Trong đó:
$p$ là áp suất $(N/m^{2})$
$F$ là áp lực tác dụng lên mặt bị ép có diện tích $S$ $(N)$
Do đó, để làm tăng, giảm áp suất ta phải tăng áp lực và giảm diện tích bị ép.
Ví dụ: Lưỡi dao càng mỏng thì dao càng sắc, vì dưới tác dụng của cùng một áp lực, nếu diện tích bị ép càng nhỏ (lưỡi dao mỏng) thì tác dụng của áp lực càng lớn (dao càng dễ cắt gọt các vật).
$\bullet \,\,$ C5
Một xe tăng có trọng lượng $340000\,N.$ Tính áp suất của xe tăng lên mặt đường nằm ngang, biết rằng diện tích tiếp xúc của các bản xích với đất là $1,5\,m^{2}.$ Hãy so sánh áp suất đó với áp suất của một ôtô nặng $20000\,N$ có diện tích các bánh xe tiếp xúc với mặt đất nằm ngang là $250\,cm^{2}.$ Dựa vào kết quả tính toán ở trên, hãy trả lời câu hỏi đã đặt ra ở phần mở bài: Tại sao máy kéo nặng nề lại chạy được bình thường trên nền đất mềm, còn ô tô nhẹ hơn nhiều lại có thể bị lún bánh và sa lầy trên chính quãng đường này?
Bài giải:
- So sánh:
+ Áp suất của xe tăng lên mặt đường nằm ngang là:
$p_{1} = \frac {F_{1}}{S_{1}}$
$\Rightarrow p_{1} = \frac {340000}{1,5} = 226666,67\,(N/m^{2})$
+ Áp suất của ôtô lên mặt đường nằm ngang là:
$p_{2} = \frac {F_{2}}{S_{2}}$
Đổi $S_{2} = 250\,cm^{2} = 0,025\,m^{2}$
$\Rightarrow p_{2} = \frac {20000}{0,025} = 800000\,(N/m^{2})$
Như vậy, áp suất của xe tăng lên mặt đường nằm ngang nhỏ hơn áp suất của ô tô. Do đó xe tăng chạy được trên đất mềm.
- Máy kéo nặng nề hơn ô tô lại chạy được trên nền đất mềm là do máy kéo dùng xích có bản rộng nên áp suất gây ra bởi trọng lượng của máy kéo nhỏ. Còn ô tô dùng bánh (diện tích bị ép nhỏ), nên áp suất gây bởi trọng lượng của ô tô lớn hơn.
