Lý thuyết Vật lí 10 Bài 34: Khối lượng riêng. Áp suất chất lỏng

1. Khối lượng riêng ($\rho$)

Khối lượng riêng của một chất là đại lượng vật lí đặc trưng cho mật độ khối lượng của chất đó, được xác định bằng khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó:

Trong đó:
- $m$: Khối lượng của chất (đơn vị: $kg$).
- $V$: Thể tích của chất (đơn vị: $m^3$).
- $\rho$: Khối lượng riêng (đơn vị SI: $kg/m^3$, hoặc $g/cm^3$, với $1 \, g/cm^3 = 1000 \, kg/m^3$).

2. Trọng lượng riêng ($d$)

Trọng lượng của một mét khối chất gọi là trọng lượng riêng, kí hiệu là $d$:

Đơn vị của trọng lượng riêng là Newton trên mét khối ($N/m^3$).

1. Khái niệm áp lực

Áp lực là lực ép có phương vuông góc với bề mặt bị ép (Ví dụ: trọng lượng của người đứng trên sàn là áp lực đè vuông góc lên mặt sàn).

2. Định nghĩa áp suất

Tác dụng của áp lực lên bề mặt không chỉ phụ thuộc vào độ lớn của lực mà còn phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc. Đại lượng đặc trưng cho tác dụng nén của áp lực gọi là áp suất:

Trong đó:
- $F$: Độ lớn áp lực vuông góc (đơn vị: Newton, $N$).
- $S$: Diện tích bề mặt bị ép (đơn vị: mét vuông, $m^2$).
- $p$: Áp suất (đơn vị SI là Pascal, kí hiệu $Pa$: $1 \, Pa = 1 \, N/m^2$).

Các đơn vị áp suất khác: $1 \, bar = 10^5 \, Pa$; $1 \, atm \approx 1,013 \times 10^5 \, Pa$; $1 \, mmHg \approx 133,3 \, Pa$.

3. Biện pháp tăng, giảm áp suất trong đời sống

• Để tăng áp suất ($p \uparrow$): Giảm diện tích bị ép $S$ đến mức tối đa: Đầu kim khâu, lưỡi dao, mũi kéo được mài thật sắc nhọn để tạo áp suất cực lớn xuyên qua vật liệu dễ dàng với lực ấn nhẹ.
• Để giảm áp suất ($p \downarrow$): Tăng diện tích bị ép $S$: Xe tăng, máy xúc dùng xích bản rộng thay cho bánh xe để giảm áp suất nén xuống đất bùn lầy, tránh bị sa lầy lún; móng nhà được đúc bè bê tông rộng để giảm áp suất lên nền đất.

1. Đặc điểm áp suất chất lỏng

Khác với vật rắn chỉ gây áp suất lên mặt đỡ phía dưới theo phương của trọng lực, chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và lên mọi điểm bên trong lòng chất lỏng.

2. Công thức tính áp suất ở độ sâu $h$ trong lòng chất lỏng

Tại một điểm ở độ sâu $h$ tính từ mặt thoáng của chất lỏng:

Trong đó:
- $p_0$: Áp suất khí quyển tác dụng lên mặt thoáng (thường lấy $p_0 \approx 10^5 \, Pa$).
- $\rho$: Khối lượng riêng của chất lỏng ($kg/m^3$).
- $h$: Độ sâu tính từ mặt thoáng đến điểm đang xét ($m$).
- $p_{tt} = \rho g h$: Gọi là áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng.

Nhận xét: Ở cùng một độ sâu $h$ trong cùng một chất lỏng, áp suất tại mọi điểm là như nhau theo mọi hướng.

3. Nguyên lí Pascal và Máy nâng thủy lực

Công thức máy nén thủy lực:

Tác dụng lực $F_1$ lên pít-tông nhỏ có diện tích $S_1$, áp suất truyền sang pít-tông lớn diện tích $S_2$ là:

Nếu diện tích $S_2$ lớn gấp 100 lần $S_1$, thì lực nâng $F_2$ thu được sẽ lớn gấp 100 lần lực ấn $F_1$. Đây là nguyên lí của kích nâng ô tô, máy ép thủy lực và hệ thống phanh đĩa ô tô xe máy.