Bài 8: Áp suất chất lỏng – Bình thông nhau

Tóm tắt lý thuyết

2.1. Sự tồn tại của áp suất trong lòng chất lỏng

  • Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật trong lòng nó.
  • Khác với chất rắn chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương.
  • Chất lỏng không chỉ gây ra áp suất lên thành bình mà lên cả đáy bình và các vật ở trong lòng chất lỏng.

2.2. Công thức tính áp suất chất lỏng:

\[p = \frac{F}{S} = \frac{P}{S} = \frac{{d.V}}{S} = \frac{{d.S.h}}{S} = d.h\]

Vậy: \(p = {\rm{ }}d.h\)

  • Trong đó:
    • d: Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)
    • h: Chiều cao của cột chất lỏng (m)
    • p: Áp suất ở đáy cột chất lỏng (Pa)
  • Chú ý:
    • Công thức này áp dụng cho một điểm bất kỳ trong lòng chất lỏng,
    • Chiều cao của cột chất lỏng cũng là độ sâu của điểm đó so với mặt thoáng
  • Suy ra
    • Trong chất lỏng đứng yên, áp suất tại những điểm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang (cùng độ sâu h) có độ lớn như nhau
    • Nên áp suất chất lỏng được ứng dụng nhiều trong khoa học đời sỗng

2.3. Bình thông nhau

  • Trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên, các mực chất lỏng ở các nhánh luôn ở cùng độ cao.

2.3.1. Cấu tạo của bình thông nhau

  • Bình thông nhau là 1 bình có hai nhánh thông với nhau.

2.3.2. Nguyên tắc hoạt động của bình thông nhau

  • Trong bình thông nhau chứa cùng 1 chất lỏng đứng yên, các mực chất lỏng ở các nhánh luôn luôn ở cùng một độ cao.

2.4. Máy nén thủy lực

2.4.1. Cấu tạo

  • Gồm hai xilanh: một nhỏ, một to
  • Trong hai xilanh co chứa đầy chất lỏng thường là dầu
  • Hai xilanh được đẩy kín bằng hai pít-tông

2.4.2. Nguyên tắc hoạt dộng

  • Khi có tác dụng một lực f lên pít-tông nhỏ có diện tích s. Lực này gây áp suất \(p=\frac{F}{S}\) lên chất lỏng.
  • Áp suất này được chất lỏng truyền nguyên vẹn tới pit-tông lớn có diện tích S và gây nên lực nâng F lên pít-tông này:

\(F=P.S=\frac{f.S}{s} suy ra \frac{F}{f}=\frac{S}{s}\)

  • Như vậy: diện tích S lớn hơn diện tích s bao nhiêu lần thì lực f lớn hơn lực f bấy nhiêu lần

2.4.3. Ứng dụng

  • Nhờ có máy nén thủy lực mà ta có thể dùng tay nâng cả một chiếc oto
  • Người ta còn sử dụng máy thủy lực để nén các vật

Bài tập minh họa


Bài 1:

Một tàu ngầm đang di chuyển dưới biển. Áp kế đặt ở ngoài vỏ tàu chỉ áp suất 2.020.000 \(N/{m^2}\) . Một lúc sau áp kế chỉ 860.000 \(N/{m^2}\). Tính độ sâu của tàu ngầm ở hai thời điểm trên biết trọng lượng riêng của nước biển bằng 10.300 \(N/{m^2}\).

Hướng dẫn giải:

  • Áp dụng công thức: \(p = d.h\)
  • Ta có: \(h = \frac{p}{d}\)
  • Độ sâu của tàu ngầm ở thời điểm trước khi nổi lên: \({h_1} = {\rm{ }}\frac{{{p_1}}}{d} = {\rm{ }}2.020.000/10.300 \approx {\rm{ }}196m\)
  • Độ sâu của tàu ngầm ở thời điểm sau khi nổi lên: \({h_2} = {\rm{ }}\frac{{{p_2}}}{d} = {\rm{ }}860.000/10.300 \approx 83,5m\)

Bài 2:

Một thùng cao 1.2m đựng đầy nước. Tính áp suất của nước lên đáy thùng và lên một điểm cách đáy thùng 0.4m.

Hướng dẫn giải:

  • Ta có:
  • Áp suất tác dụng lên đáy thùng là:

p = d.\(h_1\) = 10000.1,2 = 12000 \(N/{m^2}\)

  • Áp suất tác dụng lên điểm cách đáy thùng 0,4 m là:

p = d.\(h_2\) = 10000.(1,2 – 0,4) = 8000 \(N/{m^2}\)​