Vật lý luôn là một trong những môn học gây khó nhằn cho các em học sinh trong giai đoạn từ cấp 2 đến hết cấp 3. Nhưng đừng lo vì đã có Bamboo School ở đây để giúp phụ huynh cùng các em học sinh dễ dàng hơn trong việc tiếp thu kiến thức một cách hiệu quả và vượt qua những bài tập, bài thi khó khăn. Vậy thì hôm nay chúng ta cùng đến với bài học về áp suất – một đơn vị vô cùng quen thuộc và phổ biến trong cuộc sống thường nhật nhé!
Áp suất là gì?
Các bạn học sinh trước khi học chắc hẳn sẽ nghe nhiều về “Áp suất”. Vậy áp suất thật sự là gì? Trong tiếng Anh, áp suất được gọi là pressure. Áp suất là một đại lượng vật lý biểu diễn áp lực tác động lên một đơn vị diện tích theo phương vuông góc với vật.
Áp suất có kí hiệu là p.
Các đơn vị trong áp suất
Vậy thì đâu là đơn vị để đo lường và biểu diễn áp suất? Việc này sẽ còn tùy thuộc vào từng khu vực khác nhau trên thế giới cũng như là đơn vị lực, đơn vị diện tích phổ biến tại khu vực đó. Nhưng nhìn chung, chúng ta có 4 hệ đơn vị phổ biến được dùng để đo áp suất hiện nay.
Đơn vị Pa để tính áp suất
Pa là viết tắt cho chữ Pascal, vốn được đặt tên theo một nhà vật lý và toán học có xuất thân từ pháp – Blaise Pascal. Đây là đơn vị tính áp xuất trong hệ đo lường SI – hệ đo lường quốc tế. Do đó có thể nói, Pa là đơn vị để tính áp suất phổ biến nhất trên thế giới nói chung và tại châu Á, cụ thể là Việt Nam nói riêng.
Ta sẽ có: 1 Pa = 1 N/m2
Đơn vị Kilopascal Kpa
Kilopascal hay còn được viết tắt là Kpa thực chất cũng chỉ là 1000 đơn vị Pascal mà đã được Bamboo School đề cập ngay trên. Đơn vị này được đưa ra nhằm đơn giản hóa việc ghi chú và hạn chế những con số 0 có trong cái phép tính nhằm giảm bớt phức tạp hơn cho mọi người.
Như vậy ta sẽ có: 1 Kpa = 1000 Pa.
Bar – Đơn vị tính áp suất phổ biến
Bar là đơn vị đo áp suất được lần đầu suất hiện thông qua Vilhelm Bjerknes – nhà khí tượng học có xuất thân từ vùng đất Na Uy và cũng là cha đẻ cũng các phương pháp hiện đại trong mảng dự báo thời tiết. Nếu như 1 Kpa = 1000 Pa thì 1 Bar sẽ gấp 100 lần Kpa. Nếu như Pa hay Kpa được sử dụng rộng rãi ở châu Á thì Bar là đơn vị phổ biến tại châu Âu và nhất là ở các nước như Pháp, Đức và Anh. Hệ thống đơn vị của Bar còn có Mbar, Kbar với cách quy đổi tương tự như Pascal.
Như vậy ta sẽ có: 1 Bar = 100 Kpa = 100 0000 Pa = 106 Pa.
Đơn vị tính áp suất Mpa
Cùng năm trong hệ thống đo lường quốc tế – SI – Mpa là kí hiệu viết tắt cho đơn vị tính áp suất Mega Pascal. Thông qua tên gọi, chắc hẳn các em học sinh cũng sẽ ít nhiều hình dung được mối liên hệ giữa đơn vị này và đơn vị Pa mà ta đã đề cập.
Cụ thể ta có: 1 Mpa = 10 Bar = 1 000 Kpa = 1 000 000 Pa.
Công thức tính áp suất
Thế nhưng làm sao để có thể tính được áp suất? Công thức tính áp suất là gì?
Đây chính là phần khiến cho các em học sinh có phần bối rối khi có quá nhiều công thức khác nhau. Lí do xuất phát cho vấn đề này đó chính là mỗi môi trường chất khác nhau sẽ có những đặc điểm của áp suất một cách đáng kể. Vậy nên ta sẽ chia ra:
- Áp suất cho chất lỏng, chất khí.
- Áo suất cho chất rắn.
- Áp suất riêng phần.
- Áp suất dư.
Nào, hãy cùng bắt tay vào tìm hiểu từng phần thôi!
Áp suất chất lỏng và chất khí
Thế là là áp suất chất lỏng và chất khí. Thực chất đây là lực đẩy của các loại chất khí hay chất lỏng bên trong các loại đường ống khác nhau.
Ta sẽ có công thức:
p = d*h
Trong đó:
- p: áp suất tại đáy của chất lỏng hay khí (đơn vị tính: Pa)
- d: trọng lượng riêng của chất lỏng hoặc khí (đơn vị tính: N/m2)
- h: chiều cao cột chất lỏng hoặc khí (đơn vị tính: m)
Áp suất chất rắn
Áp suất chất rắn được tính khi bạn dùng một vật có cấu tạo là chất rắn tác dụng lực lên bất kì vật khác. Ví dụ điển hình cho áp suất chất rắn đó chính là trọng lượng của chất rắn tác dụng lên mặt bàn. mặt đất.
Ta sẽ có công thức:
p = F/S
Trong đó:
- p là áp suất của chất rắn (Đơn vị tính: Pa)
- F: lực tác động vuông góc lên trên bề mặt diện tích (đơn vị tính: N)
- S: diện tích bề mặt đó. (Đơn vị tính: m2)
Áp suất riêng phần
Áp suất riêng phần hay còn có thể gọi là áp suất từng phần là áp suất của riêng lẻ một chất khí trong một hỗn hợp khí. Đại lượng này thường xuyên được sử dụng trong y tế.
Ta sẽ có công thức:
pi = xi x p
Trong đó:
- pi: áp suất riêng phần của loại chất khí đó
- xi: phần mol của i trong hỗn hợp khí cần tính
- p: áp suất toàn phần
Áp suất dư
Áp suất tương đối hay còn có tên gọi khác phổ biến hơn đó chính là áp suất dư. Đây là đại lượng biểu thị cho áp suất tại một điểm nhất định trong môi trường khí hoặc chất lỏng với mốc được lấy là áp suất khí quyển xung quanh.
Ta sẽ có công thức:
Pd = p – Pa
Trong đó:
- p: áp suất tuyệt đối
- Pa: áp suất khí quyển
Áp suất tuyệt đối
Áp suất tuyện đối là đơn vị áp suất đã được Bamboo School nhắc đến trong công thức áp suất tương đối (áp suất dư). Nếu như áp suất tương đối là áp suất tại một điểm nhất định trong môi trường khí hoặc chất lỏng với mốc được lấy là áp suất khí quyển xung quanh thì ngược lại, áp suất tuyệt đối chính là tổng áp suất ở môi trường xung quanh, xuất hiện trong khí quyển hay chất lỏng tác động lên một điểm cụ thể.
Như vậy ta sẽ có công thức:
p = pa + pd
Trong đó:
- Pd: áp suất tuyệt đối
- Pa: áp suất dư
- P: áp suất khí quyển
Áp suất hơi
Áp suất hơi là áp suất được hình thành hơi trong điều kiện cân bằng nhiệt động với các pha ngưng tụ ở một nhiệt độ cho trước trong một hệ kính. Nếu nghe qua khái niệm thì ta có thể thất áp suất hơi khá trừu tượng. Tuy nhiên ta có thể khái quát qua công thức sau:
p = F/S
Trong đó:
- p: áp suất
- F: áp lực tác động lên mặt bị ép
- S: diện tích bị ép .
Cách giúp tăng và giảm áp suất
Vậy thì làm sao để có thể tăng hoặc giảm áp suất một cách hiệu quả? Việc này rất đơn giản, bạn có thể nhìn vào các công thức tính áp suất để có thể đưa ra các phương pháp phù hợp.
Một số cách giúp tăng áp suất:
- Tăng lực tác động lên vật với diện tich bề mặt được giữ nguyên.
- Giảm diện tích bề mặt bị tác động với lực tác động được giữ nguyên.
- Đồng thời tăng lực tác động và giảm diện tích.
- …
Ngược lại đó chính là một số cách giúp giảm áp suất:
- Giảm lực tác động lên vật với diện tich bề mặt được giữ nguyên.
- Tăng diện tích bề mặt bị tác động với lực tác động được giữ nguyên.
- Đồng thời giảm lực tác động và tăng diện tích.
- …
Ý nghĩa của áp suất trong đời sống
Thực chất ta gặp rất nhiều ứng dụng của đơn vị vật lý này trong đời sống hằng ngày. Một số ví dụ điển hình mà ta có thể nhắc đến như:
- Trong lĩnh vực y tế: Áp suất được sử dụng trong các bình oxy cho bệnh nhân nhằm kiểm soát lượng khí thoát ra.
- Trong lĩnh vực công nghiệp: Áp suất nguồn nước nhằm sản suất điện trong các đập thủy điện hay xử lý nước thải và hóa lọc dầu,…
- Trong lĩnh vực ẩm thực: Áp dụng áp suất vào trong các phương pháp nấu ăn nhằm tiết kiệm thời gian và nhiên liệu thông qua vật dụng vô cùng quen thuộc đó chính là nồi áp suất.
- …
Bài tập vận dụng tính áp suất
Bài tập 1: Dựa vào nguyên tắc nào để có thể làm tăng, giảm áp suất? Cho ví dụ thực tế
Lời giải:
Từ công thức tính áp suất: p = F/S ta thấy rằng, để tăng được áp suất thì cần tăng áp lực cùng giảm diện tích bị ép.
Ví dụ: Lưỡi dao, kéo thường được mài sắc để có thể giảm diện tích bị ép.
Bài tập 2: Có 1 thùng nước cao 2m đựng một lượng nước cao 1,2m. Vậy áp suất của nước tác động lên đáy thùng là bao nhiêu?
Lời giải:
Áp dụng công thức p = d.h, ta có:
Áp suất nước tại đáy của thùng là:
10000 x 1,2 = 12000 N/m2 (12000 Pa)
Bài tập 3: Người ta đổ đầy nước vào một bể hình hộp chữ nhật cao 1,5m. Tính áp suất của nước tại điểm cách đáy thùng 0,7m.
Lời giải:
Áp suất của nước lên điểm cách đáy 0,7m là:
P = d.h = 10000 x (1,5 -0,7) = 8000 N/m2 (8000 Pa)
Bài tập 4: Tính áp suất của xe tăng lên trên mặt đường nằm ngang. Biết rằng trọng lượng của xe là 340000N và diện tích tiếp xúc của các bản xích với mặt đất là 1,5 m2
Lời giải:
Áp suất của xe tăng lên trên mặt đường là:
P = F/S = 340000/ 1,5 ≈ 226667 (N/m2)
Bài tập 5: Một chiếc tàu bị thủng một lỗ ở đáy. Lỗ thủng này nằm cách mặt nước 2,2m. Người ta cho một miếng gỗ áp vào lỗ thủng từ phía trong. Tính lực tối thiểu để giữ miếng gỗ đó và nếu lỗ thủng đó rộng 150cm với trọng lượng riêng của nước là 10000N/m2
Lời giải:
Áp suất nước gây tạo lỗ thủng là:
P = d.h = 10000 x 2,4 = 22000 (N/m2)
Lực tối thiểu để giữ được miếng gỗ là:
F = p.s = 22000 x 0,015 = 330 (N)
Xem thêm:
Trên là một số kiến thức chính về áp suất như áp suất là gì? Đơn vị và công thức tính áp suất. Mong là những thông tin cùng các ví dụ và bài tập kèm theo mà Bamboo School chia sẻ sẽ phần nào giúp được các em học sinh nắm chắc hơn được những kiến thức cần thiết cho môn học này nhằm đạt được hiệu quả cao trong quá trình học nhé!
Bamboo Tân Phú: 13B-15 Nguyễn Trọng Quyền, P.Tân Thới Hòa, Q.Tân Phú