Lý thuyết và bài tập về áp suất

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Áp lực là gì

Là lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép

2. Áp suất

Tác dụng của áp lực lên diện tích bị ép thì tỉ số đó gọi là áp suất.

2.1. Tác dụng của áp lực phụ thuộc vào yếu tố nào

Áp lực Diện tích ⇒ Như vậy tác dụng của áp lực lên diện tích bị ép (hay áp suất) càng lớn khi áp lực càng mạnh và diện tích bị ép càng nhỏ

2.2. Công thức tính áp suất

Áp suất là độ lớn của áp lực trên 1 đơn vị diện tích bị ép.

\[p=\frac{F}{S}\]

Trong đó :

\[p\] là áp suất (N/m )
F: áp lực tác dụng lên mặt bị ép có diện tích S (N)
S: Diện tích bị ép (m )

Đơn vị áp suất là N/m , Paxcan (Pa)

\[1Pa=1N/{{m}^{2}}\]

Áp suất ánh sáng là áp suất ánh sáng tác dụng lên vật được rọi sáng, áp suất này rất bé khoảng một phần triệu Pa

Dựa vào áp lực tác dụng và diện tích bị ép để làm tăng hoặc giảm áp suất.

Để tăng áp suất ta làm như sau:

Tăng áp lực, giữ nguyên diện tích bị ép
Giữ nguyên áp lực giẩm diện tích bị ép
Tăng áp lực và giảm diện tích bị ép

Để giảm áp suất ta làm như sau:

Giảm áp lực, giữ nguyên diện tích bị ép
Giữ nguyên áp lực, Tăng diện tích bị ép
Giảm áp lực và tăng diện tích bị ép

Lưu ý:

Đơn vị áp suất trong hệ thống đo lường hợp pháp của nước ta là paxcan: 1 Pa = 1 N/m . Vì Pa quá nhỏ nên trong thực tế, người ta dùng đơn vị lớn hơn là bar: 1 bar = 10 Pa. Ngoài ra, người ta cũng dùng atmotphe làm đơn vị áp suất. Atmotphe là áp suất gây bời một cột thủy ngân cao 76 cm: 1 at = 103360 Pa.

Để đo áp suất, người ta có thể dùng áp kế

3. Bài tập minh họa

Bài 1. Một áp lực 600N gây áp suất 3000N/m lên diện tích bị ép có độ lớn

Hướng dẫn giải

Diện tích bị ép là : \[p=\frac{F}{S}\]

Suy ra \[S=\frac{F}{p}=\frac{600}{3000}=0,2{{m}^{2}}=2000c{{m}^{2}}\]

Bài 2. Một người tác dụng lên mặt sàn một áp suất 1,7.104 N/m . Diện tích của bàn chân tiếp xúc với mặt bàn là 0,03m . Hỏi trọng lượng và khối lượng của người đó?

Hướng dẫn giải

Trọng lượng của người : P = p.S = 17 000 . 0,03 = 510N

Khối lượng của người, \[m=\frac{P}{10}=51kg\]

B. Giải bài tập trong sách giáo khoa

Giải bài tập 1 trang 25 SGK vật lý 8: Trong số các lực được ghi ở hình dưới đây, lực nào là áp lực.

Hướng dẫn giải

Hình a: Áp lực chính là trọng lượng của máy kéo.

Hình b: Áp lực là lực của ngón tay tác dụng lên đầu đinh và lực của mũi đinh tác dụng lên bảng gỗ đều.

Giải bài tập 2 trang 26 SGK vật lý 8: Hãy dựa vào thí nghiệm vẽ ở hình vẽ dưới đây, cho biết tác dụng của áp lực phụ thuộc vào những yếu tố nào bằng cách so sánh các áp lực, diện tích bị ép và độ lún của khôi kim loại xuông bột hoặc cát mịn của trường hợp (1) so với trường hợp (2) và của trường hợp (1) so với trường hợp (3).

Tìm các dấu " = " " > ", " < " thích hợp cho các ô trông của bảng sau đây:

Hướng dẫn giải

Ta có:

- Cùng diện tích bị ép như nhau, nếu độ lớn của áp lực càng lớn thì tác dụng nó cũng càng lớn.

- Cùng độ lớn của áp lực như nhau, nếu diện tích bị ép càng nhỏ thì tác dụng của áp lực càng lớn. Như vậy, tác dụng của áp lực phụ thuộc vào diện tích bị ép và độ lớn của áp lực. Điền dấu:

Giải bài tập 3 trang 26 SGK vật lý 8:

Chọn từ thích hợp cho các chỗ trống của kết luận dưới đây:

Tác dụng của áp lực càng lớn khi áp lực ........... và diện tích bị ép ..........

Trả lời

Tác dụng của áp lực càng lớn khi áp lực càng mạnh và diện tích bị ép càng nhỏ.

Giải bài tập 4 trang 27 SGK vật lý 8: Dựa vào nguyên tắc nào để làm tăng, giảm áp suất? Nêu những ví dụ về việc làm tăng, giảm áp suất trong thực tế.

Trả lời

Muốn tăng áp suất thì phải tăng áp lực và giảm diện tích bị ép (dựa vào công thức tính áp suât p = F/S).

Ví dụ: Lưỡi dao, lưỡi kéo thường mài sắc, mũi đinh thường thật nhọn để giảm diện tích bị ép.

Giải bài tập 5 trang 27 SGK vật lý 8: Một xe tăng có trọng lượng 340000N. Tính áp suất của xe tăng lên mặt đường nằm ngang, biết rằng diện tích tiếp xúc của các bản xích với đất là 1,5 m2. Hãy so sánh áp suất đó với áp suất của một ô tô nặng 2000 N có diện tích các bánh xe tiếp xúc với mặt đất nằm ngang là 250 cm2.

Dựa vào kết quả tính toán ở trên, hãy trả lời câu hỏi đã đặt ra ở phần mở bài: Tại sao máy kéo nặng nề lại chạy được bình thường trên nền đất mềm, còn ô tô nhẹ hơn nhiều lại có thể bị lún bánh và sa lầy trên chính quãng đường này?

Trả lời

Áp suất của xe tăng lên mặt đường là: P1 = F1/S1 = 340000/1,5 = 226666,6 N/m2

Áp suất của xe ô tô lên mặt đường là: P2 = F2/S2 = 20000/0,025 = 800000 N/m2

Như vậy, áp suất của xe ô tô lên mặt đường lớn hơn áp suất của xe tăng lên mặt đường. Sở dĩ máy kéo chạy được bình thường trên nền đất mềm còn ô tô thì rất khó chạy trên nền đất mềm và thường bị sa lầy vì máy kéo có các bản xích giông như xe tăng, áp suất do máy kéo tác dụng xuống mặt đường nhỏ hơn so với áp suất của ô tô tác dụng xuống mặt đường.

C. GIẢI BÀI TẬP

B1. Trong các trường hợp sau đây, trường hợp nào áp lực của người lên mặt sàn là lớn nhất?

A. Người đứng cả hai chân.

B. Người đứng co một chân.

C. Người đứng cả hai chân nhưng cúi gập xuống.

D. Người đứng cả hai chân nhưng tay cầm quả tạ.

Trả lời

Chọn câu D: Người đứng cả hai chân nhưng tay cầm quả tạ.

B2. Muốn tăng, giảm áp suất thì phải làm thế nào? Trong các cách sau cách nào không đúng?

A. Muốn tăng áp suất thì tăng áp lực, giảm diện tích bị ép.

B. Muôn tăng áp suất thì giảm áp lực, tăng diện tích bị ép.

C. Muốn giảm áp suất thì giảm áp lực, giữ nguyên diện tích bị ép.

D. Muôn giảm áp suất thì tăng diện tích bị ép.

Trả lời

Chọn câu B: Muốn tăng áp suất thì giảm áp lực, tăng diện tích bị ép.

B3. Có hai loại xẻng vẽ ở hình bên. Khi tác dụng cùng một lực thì xẻng nào nhấn mạnh vào đất hơn? Tại sao?

Trả lời

Loại xẻng có đầu nhọn nhấn vào đất dễ dàng hơn vì diện tích bị ép nhỏ hơn loại xẻng có đầu bằng, khi tác dụng cùng một áp lực thì áp suất cùa xẻng có đầu nhọn lớn hơn áp suất của xẻng có đầu bằng.

B4. Ở cách đặt nào thì áp suất, áp lực của viên gạch ở hình dưới là nhỏ nhất, lớn nhất?

Trả lời

Áp lực bằng nhau giữa các cách đặt vì trọng lượng viên gạch không đổi. Vị trí a) có áp suất lớn nhất vì diện tích tiếp xúc nhỏ nhất. Vị trí c) có áp suất nhỏ nhất vì diện tích tiếp xúc lớn nhất.

B5. Một người tác dụng lên mặt sàn một áp suất 1,7.104N/m2. Diện tích của bàn chân tiếp xúc với mặt sàn là 0,03m2. Hỏi trọng lượng và khối lượng của người đó?

Trả lời

P = p.S = 17000N/m2 x 0,03m2 = 510N m = p/10 = 510/10 = 51 (kg)

B6. Đặt một bao gạo 60kg lên một cái ghê bôn chân có khối lượng 4kg. Diện tích tiếp xúc với mặt đất của mỗi chân ghế là 8cm2. Tính áp suất các chân ghế tác dụng lên mặt đất.

Trả lời

Áp suất các chân ghế tác dụng lên mặt đất là: p = P/S = (60.10N + 4.10N)/4x0,0008m2 = 640N/0,0032m2 = 200.000 n/m2