Kiến thức cần nhớ
1. Áp lực. Áp suất
Áp lực là lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép.
Để xác định tác dụng của áp lực lên mặt bị ép, người ta đưa ra khái niệm áp suất. Áp suất được tính bằng độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép.
Trong đó: p là áp suất, F là áp lực tác dụng lên mặt bị ép có diện tích là S.
2. Áp suất chất lỏng – Bình thông nhau
Áp suất chất lỏng
Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật ở trong lòng nó.
Áp suất chất lỏng thay đổi theo độ sâu:
Trong đó h là độ sâu tính từ điểm tính áp suất tới mặt thoáng của chất lỏng, d là trọng lượng riêng của chất lỏng.
Bình thông nhau
Trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên, các mặt thoáng của chất lỏng ở các nhánh khác nhau đều ở cùng một độ cao.
Máy nén thủy lực
Máy thủy lực có cấu tạo gồm hai xi lanh, một to, một nhỏ, được nối thông với nhau. Trong hai xi lanh có chứa đầy chất lỏng, thường là dầu. Hai xi lanh được đậy kín bằng hai pít-tông.
Khi tác dụng một lực đẩy f lên pít-tông nhỏ có diện tích s, lực này gây áp suất p = f/s lên chất lỏng. Áp suất này được chất lỏng truyền nguyên vẹn tới pít-tông lớn có diện tích S và gây nên lực nâng F lên pít-tông này. Từ đó ta có:
3. Áp suất khí quyển
Trái Đất và mọi vật trên Trái Đất đều chịu tác dụng của áp suất khí quyển theo mọi phương.
Áp suất khí quyển bằng áp suất của cột thủy ngân trong ống Tô-ri-xen-li, do đó người ta thường dùng mmHg làm đơn vị đo áp suất khí quyển.
Các dạng bài tập
Dạng 1: Tính áp lực, áp suất
Phương pháp giải
Bước 1: Xác định lực gây áp suất và diện tích bề mặt bị ép bởi áp lực.
Chú ý: Áp lực của một vật đặt trên mặt phẳng lên mặt phẳng đó có độ lớn bằng trọng lượng của vật.
Bước 2: Áp dụng công thức tính áp suất
Bài toán 1: Tính và so sánh áp suất chất lỏng
Phương pháp giải
Vận dụng công thức tính áp suất chất lỏng:
Chú ý:
- Áp suất tại những điểm ở cùng một độ cao h trong một chất lỏng thì bằng nhau.
- Đổi từ khối lượng riêng ra trọng lượng riêng:
Bài toán 2: Tính chiều cao cột chất lỏng ở các nhánh của bình thông nhau
Phương pháp giải
Bài thường cho nước vào một nhánh sau đó mở khóa cho nước chảy sang nhánh còn lại và yêu cầu tính chiều cao ở các nhánh khi cân bằng. Chú ý rằng trong bình thông nhau, chiều cao cột nước ở các nhánh bằng nhau và thể tích nước không thay đổi so với lúc đầu. Ta làm theo các bước sau:
Bước 1: Đặt các ẩn là tiết diện ống, chiều cao cột nước khi chưa mở khóa và chiều cao mỗi nhánh sau khi mở khóa.
Bước 2: Tính thể tích nước trước khi mở khóa và tổng thể tích nước ở hai nhánh sau khi mở khóa và cho chúng bằng nhau, giải phương trình tìm ra chiều cao cột nước lúc sau.
Bài toán 3: Đổ nhiều chất lỏng vào bình thông nhau
Phương pháp giải
Khi đổ nhiều chất lỏng vào bình thông nhau, do chúng có trọng lượng riêng khác nhau nên chiều cao của cột chất lỏng trong các nhánh không bằng nhau nữa. Tuy nhiên ta vẫn có: các điểm ở cùng độ cao trong lòng chất lỏng có áp suất bằng nhau. Để giải được bài toán này ta làm theo các bước sau:
Bước 1: Vẽ hình minh họa, chọn 2 điểm nằm ở cùng độ cao với mặt phân cách giữa hai chất lỏng để xét.
Đặt các ẩn là chiều cao của cột chất lỏng đổ thêm vào, chiều cao chênh lệch giữa hai cột, chiều cao của cột bên kia so với điểm đang xét,...
Những điểm đang xét là những điểm có cùng áp suất.
Bước 2: Tính áp suất chất lỏng tại 2 điểm đang xét, lập phương trình và giải ra ẩn cần tìm.
Chú ý: Nếu phương trình trên chưa đủ để giải ra đại lượng đề bài cho, lập thêm phương trình dựa vào dữ kiện đề bài (thường là chênh lệch độ cao giữa các nhánh) để giải ra ẩn cần tìm.
Bài toán 4: Máy thủy lực
Phương pháp giải
Bước 1: Xác định các đại lượng đã biết trong các đại lượng f, s, F, S và mối liên hệ giữa chúng.
Bước 2: Áp dụng công thức:
Dạng 2: Áp suất chất lỏng
Bài toán 1: Tính và so sánh áp suất chất lỏng
Phương pháp giải
Vận dụng công thức tính áp suất chất lỏng:
Chú ý:
Áp suất tại những điểm ở cùng một độ cao h trong một chất lỏng thì bằng nhau.
Đổi từ khối lượng riêng ra trọng lượng riêng:
Bài toán 2: Tính chiều cao cột chất lỏng ở các nhánh của bình thông nhau
Phương pháp giải
Bài thường cho nước vào một nhánh sau đó mở khóa cho nước chảy sang nhánh còn lại và yêu cầu tính chiều cao ở các nhánh khi cân bằng. Chú ý rằng trong bình thông nhau, chiều cao cột nước ở các nhánh bằng nhau và thể tích nước không thay đổi so với lúc đầu. Ta làm theo các bước sau:
Bước 1: Đặt các ẩn là tiết diện ống, chiều cao cột nước khi chưa mở khóa và chiều cao mỗi nhánh sau khi mở khóa.
Bước 2: Tính thể tích nước trước khi mở khóa và tổng thể tích nước ở hai nhánh sau khi mở khóa và cho chúng bằng nhau, giải phương trình tìm ra chiều cao cột nước lúc sau.
Bài toán 3: Đổ nhiều chất lỏng vào bình thông nhau
Phương pháp giải
Khi đổ nhiều chất lỏng vào bình thông nhau, do chúng có trọng lượng riêng khác nhau nên chiều cao của cột chất lỏng trong các nhánh không bằng nhau nữa. Tuy nhiên ta vẫn có: các điểm ở cùng độ cao trong lòng chất lỏng có áp suất bằng nhau. Để giải được bài toán này ta làm theo các bước sau:
Bước 1: Vẽ hình minh họa, chọn 2 điểm nằm ở cùng độ cao với mặt phân cách giữa hai chất lỏng để xét.
Đặt các ẩn là chiều cao của cột chất lỏng đổ thêm vào, chiều cao chênh lệch giữa hai cột, chiều cao của cột bên kia so với điểm đang xét,...
Những điểm đang xét là những điểm có cùng áp suất.
Bước 2: Tính áp suất chất lỏng tại 2 điểm đang xét, lập phương trình và giải ra ẩn cần tìm.
Chú ý: Nếu phương trình trên chưa đủ để giải ra đại lượng đề bài cho, lập thêm phương trình dựa vào dữ kiện đề bài (thường là chênh lệch độ cao giữa các nhánh) để giải ra ẩn cần tìm.
