Công thức tính áp suất chất rắn, lỏng, khí và bài tập áp dụng

Trong chương trình Vật lý 8, học sinh thường sẽ gặp khó khăn khi tính các đại lượng, đặc biệt là áp suất. Và để giúp học sinh hiểu rõ và vận dụng được công thức tính áp suất để giải bài tập, timhieulichsuquancaugiay.edu.vn sẽ tổng hợp kiến ​​thức về công thức tính áp suất cho chất rắn, chất lỏng, chất khí và đưa ra một số bài tập. Bao gồm các chi tiết cụ thể.

Công thức tính áp suất rắn

Dưới đây là những kiến ​​thức liên quan đến áp suất rắn.

Áp suất rắn là gì?

Áp suất của vật rắn xuất hiện do trọng lượng của vật rắn. Các nguyên tử bên trong chất rắn không chuyển động. Do đó, sự thay đổi động lượng của vật rắn sẽ không tạo ra áp suất. Tuy nhiên, trọng lượng của vật rắn tại một điểm nhất định sẽ có ảnh hưởng đến điểm đó. Điều này gây ra áp suất bên trong chất rắn.

Do đó, áp suất rắn được định nghĩa là áp suất do vật rắn gây ra bằng cách tác dụng áp suất lên một đơn vị diện tích xác định. Lưu ý, áp suất này chỉ tác dụng lực lên vật ở bề mặt tiếp xúc.

Công thức

Áp suất của vật rắn được xác định theo công thức:

Trong đó:

• F là áp suất tác dụng lên chất rắn (N)

• S là diện tích ép (m2)

• P là áp suất (n/m2 = 1Pa)

Ví dụ ứng dụng

Bài 1: Khối lượng của một vật đặt trên bàn nằm ngang là 3kg. Diện tích bề mặt tiếp xúc với vật và mặt bàn là 64 cm2. Áp suất tác dụng lên mặt bàn là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Áp suất tác dụng lên mặt bàn là:

p = F/S = 3/0,064 = 46,875 (Pa)

Bài 2: Một xe bánh xích có trọng lượng 36000N, diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đất là 1,15 m2. Tính áp suất mà ô tô tác dụng lên mặt đất?

Hướng dẫn:

Áp suất do xe tác dụng lên mặt đất là:

p = F/S = 3600/1,15 = 3130 (Pa)

Bài 3: Một chiếc xe tăng có trọng lượng 26 000N. Tính áp suất tăng thêm của xe lên mặt đường khi biết diện tích tiếp xúc của các tấm xích với mặt đường là 1,3m2. So sánh áp suất đó với áp suất của một người có trọng lượng 450 N tiếp xúc với mặt đất 200 cm2?

Hướng dẫn:

Áp suất của xe tác dụng lên mặt đường tăng lên là:

P1= F1/S1 = 26000 /1,3 = 20000 (N/m2)

Áp suất của người tác dụng lên mặt đường là:

P2 = F2/S2 = 450/0,02 = 22500 (N/m2)

Vậy áp suất của xe tác dụng lên mặt đường nhỏ hơn áp suất của người tác dụng lên mặt đường.

Bài 4: Tính áp suất do ngón tay tác dụng lên kim, nếu lực ép là 3N và diện tích đầu kim là 0,0003 cm2

Hướng dẫn:

Áp lực do ngón tay tác dụng là:

P = F/S = 3/3.10-8= 100000000 (N/m2)

Bài 5: Một ngôi nhà gạch có khối lượng 120 tấn. Nền đất nơi xây dựng ngôi nhà chỉ chịu được áp suất tối đa 100.000 N/m2. Tính diện tích tối thiểu của nền móng.

Hướng dẫn:

Quy đổi: m = 120 tấn = 120 000kg

Vậy áp lực của ngôi nhà tác dụng lên mặt đất là:

F = 1200000 N

Áp dụng công thức tính áp suất của chất rắn ta có:

P = F/SS =F/P= 12 (m2)

Công thức tính áp suất chất lỏng

Dưới đây là những kiến ​​thức liên quan đến áp suất chất lỏng

Công thức

Áp suất của chất lỏng được xác định bằng tích của trọng lượng riêng của chất lỏng đang xét và độ sâu tính từ điểm xảy ra áp suất đến bề mặt tự do của chất lỏng.

Công thức tính áp suất chất lỏng:

Chứng minh công thức:

P = F/S = P/S = (dV)/S = (dSh)/S = dh

Trong đó:

• d là trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m³)

• h là độ sâu từ điểm áp suất đến bề mặt chất lỏng (m)

• P là áp suất của chất lỏng (Pa)

Ví dụ ứng dụng

Bài tập 1: Người lặn mặc bộ đồ lặn có thể chịu được áp suất tối đa 300.000 N/m2. Biết khối lượng riêng của nước là 10000N/m3.

Một. Người công nhân có thể lặn sâu bao nhiêu mét?

b. Tính áp suất nước tác dụng lên cửa sổ quan sát của bộ đồ lặn có diện tích 200cm2 khi lặn ở độ sâu 25m.

Hướng dẫn:

Một. Theo công thức áp suất chất lỏng:

P = dh => h = p/d = 300000/10000=30 (m)

b. Áp lực nước tác dụng lên cửa sổ quan sát của bộ đồ lặn là:

P = dh = 25,10000=250000 (Pa)

P = F/S => F = PS = 250000.0.02= 5000 (N)

Bài tập 2: Trong một bể nối chứa nước biển, người ta đổ xăng vào một nhánh. Bề mặt hở của hai nhánh cách nhau 18 mm. Tính chiều cao của cột khí biết khối lượng riêng của nước biển là 10.300 N/m3, của xăng là 7.000N/m3.

Hướng dẫn:

Ta có: P1 = P2 d1.h1=d2.h2

Mặt khác: h2=h1-h

d1.h1 = d2.(h1-h)

h1= (10300 . 18/1000) / (10300 – 7000) = 0,56(m)

Bài 3: Một chiếc bể hình chữ nhật có chiều cao 1,5m. Người ta đổ đầy nước vào bể. Áp lực nước tại điểm cách đáy 0,7m là:

A. 15000Pa

B.7000Pa

C. 8000Pa

D. 23000Pa

Hướng dẫn: Đáp án C

Áp suất của nước tại điểm cách đáy bể 0,7 m là:

p = dh = 10000.(1,5 – 0,7) = 8000 (N/m2) = 8000 (Pa)

Bài tập 4: Một con tàu có một lỗ nhỏ ở đáy. Hố này nằm cách mặt nước 2,2 mét. Một miếng vá được đặt vào lỗ từ bên trong. Lực tối thiểu cần thiết để giữ miếng vá là bao nhiêu nếu lỗ rộng 150 cm2 và trọng lượng riêng của nước là 10 000N/m2?

A. 308N

B. 330N

C. 450N

D. 485N

Hướng dẫn: Đáp án B

Áp suất do nước gây ra để làm thủng là:

P = dh = 10000 . 2,2 = 22000 (N/m2)

Lực tối thiểu để giữ tấm ván là:

F = PS = 22000 . 0,015 = 330 (N)

Bài 5: Một bình nối nhau có hai nhánh, có một cái khóa K để ngăn cách hai nhánh. Cành lớn có tiết diện lớn gấp đôi cành nhỏ. Người ta đổ nước vào cành lớn của bình, chiều cao 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.

A. 25 cm

B. 30cm

C. 40 cm

D. 55 cm

Hướng dẫn: Đáp án B

Gọi diện tích mặt cắt ngang của ống nhỏ là S thì diện tích mặt cắt ngang của ống lớn là 2S. Sau khi mở khóa T, cột nước ở hai nhánh có cùng độ cao h.

Vì thể tích nước trong bể nối không đổi nên thể tích nước ở nhánh lớn lúc đầu bằng tổng thể tích nước ở hai nhánh sau.

Ta có: 2S.45 = Sh + 2S.h ⇒ h = 30 (cm)

Xem thêm: Áp suất chất lỏng là gì? Ứng dụng của áp suất chất lỏng trong các bể thông nhau là gì?

Công thức tính áp suất khí

Dưới đây là những kiến ​​thức liên quan đến áp suất khí:

Công thức

Xem thêm : Kênh học tiếng Anh cho bé chất lượng giúp con nâng trình tiếng Anh nhanh chóng

Áp suất không khí là áp suất do trọng lượng của không khí xung quanh chúng ta gây ra. Công thức tính áp suất khí tương tự như áp suất chất lỏng. Tuy nhiên, áp suất của khí sử dụng đơn vị mmHg để ghi lại.

Công thức tính áp suất khí:

Trong đó:

• P là ký hiệu cho áp suất khí quyển (N/m2), (Pa), (Psi), (Bar), (mmHg)

• F là ký hiệu lực tác dụng lên bề mặt ép (N).

• S là ký hiệu diện tích bề mặt ép (m2)

Ví dụ ứng dụng

Bài 1: Khi đặt ở vị trí A, cột thủy ngân trong ống Toricelli có chiều cao 76cm. Biết khối lượng riêng của thủy ngân là 136.000N/m3. Khi đó tại vị trí A, áp suất khí quyển Pa là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Có: 76cm = 0,76m

Theo công thức tính áp suất chất lỏng ta có: p = dh

Áp suất khí quyển tại điểm A là:

p = 136000.0.76 = 103360 (N/m2) = 103360 (Pa)

Bài tập 2: Người ta làm thí nghiệm Toricellium đo áp suất khí quyển trên đỉnh ngọn hải đăng. Kết quả xác định được áp suất ở đó là 95.200Pa, biết rằng khối lượng riêng của thủy ngân là 13.600 kg/m3. Chiều cao của cột thủy ngân trong thí nghiệm là:

Hướng dẫn:

Khối lượng riêng của thủy ngân là:

d = 13600,10 = 136000 (N/m3)

Theo công thức tính áp suất chất lỏng, ta có:

p = dh => h = p/d

Khi đó chiều cao của cột thủy ngân là:

h = 95200 : 136000 = 0,7 (m) = 700 (mm)

Bài tập 3: Người ta làm thí nghiệm Toricellium đo áp suất khí quyển trên đỉnh ngọn hải đăng. Người ta thấy rằng chiều cao của cột thủy ngân trong ống Toricellium là 730mm, biết rằng mật độ của thủy ngân là 13600kg/m3. Áp suất khí quyển ở đó là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Quy đổi 730mm = 0,73m

Khối lượng riêng của thủy ngân là:

d = 13600,10 = 136000 (N/m3)

Áp dụng công thức tính áp suất chất lỏng: p = dh, ta được áp suất khí quyển tại đỉnh núi là:

p = dh = 136000.0.73 = 99280 (N/m2)

Bài tập 4: Người ta dùng phong vũ biểu để xác định độ cao. Kết quả cho thấy: tại chân núi áp kế chỉ 75cmHg; Trên đỉnh núi phong vũ biểu ghi 71,5cmHg. Cho rằng trọng lượng riêng của không khí là không đổi và có độ lớn là 12,5N/m3, trọng lượng riêng của thủy ngân là 136.000N/m3 thì đỉnh núi cao bao nhiêu mét?

Hướng dẫn:

Áp dụng công thức tính áp suất chất lỏng: p = dh, ta thu được áp suất ở chân núi là:

p = 136000.0,75 = 102000 (N/m2)

Áp suất ở đỉnh núi là:

p = 136000.0.715 = 97240 (N/m2)

Khi đó, chênh lệch áp suất tại hai điểm này là:

p =102000 – 97240 = 4760 (N/m2)

Độ cao của núi là: h = p/d= 4760/12,5 = 380,8 (m)

Bài tập 5: Một người trưởng thành nặng 60kg, cao 1,6 m có diện tích cơ thể trung bình là 1,6 m2. Tính áp suất khí quyển tác dụng lên người đó ở điều kiện tiêu chuẩn. Biết khối lượng riêng của thủy ngân là 136.000 N/m3. Tại sao con người có thể chịu đựng áp lực lớn như vậy mà thậm chí không cảm nhận được tác động của áp lực này?

hướng dẫn

Trong điều kiện áp suất khí quyển tiêu chuẩn là 76 cmHg:

p = dh = 136000. 0,76 = 103360 (N/m2)

Áp dụng công thức tính áp suất ta có:

p = F/SF= pS

Áp suất của khí quyển tác dụng lên cơ thể con người là:

F = pS = 103360.1.6 = 165376 (N)

Sở dĩ con người có thể chịu đựng và không cảm nhận được tác động của áp suất này là vì bên trong cơ thể cũng có không khí nên áp suất từ ​​bên ngoài và bên trong được cân bằng.

Phần kết luận

Trên đây là bài viết tổng hợp các công thức tính áp suất của chất rắn, chất lỏng và chất khí. Ngoài ra, bài viết còn đưa ra một số dạng bài tập cụ thể giúp học sinh kết hợp học lý thuyết và vận dụng vào thực tiễn trong việc giải bài tập một cách tốt nhất. Hy vọng các bạn sẽ chăm chỉ luyện tập và đạt được kết quả cao ở bộ môn này.

Nguồn: https://timhieulichsuquancaugiay.edu.vn
Danh mục: Giáo dục