Bài 15. Áp suất trên một bề mặt

Trong nhiều trường hợp như học sinh đứng trên sân trường, ô tô trong bãi đỗ xe, bàn ghế đặt trong lớp học hay máy móc đặt trên sàn nhà, các vật đều tác dụng lực ép lên mặt đỡ.

Áp lực là lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép.

Ví dụ mở đầu cho thấy cùng là tác dụng lên đệm nhưng khi diện tích tiếp xúc thay đổi thì mức độ lún của đệm cũng thay đổi.

Minh hoạ tác dụng của áp lực lên đệm.

Trong Hình 15.1, lực của sợi dây tác dụng lên thùng hàng không phải là áp lực vì không vuông góc với mặt bị ép; lực của thùng hàng tác dụng lên mặt sàn và lực của đầu đinh tác dụng lên tấm xốp là các ví dụ về áp lực.

Hình 15.1. Một số trường hợp có và không có áp lực.

1. Thí nghiệm

Chuẩn bị hai khối sắt giống nhau dạng hình hộp chữ nhật và một khay chứa bột mịn. Bố trí ba trường hợp:

a) một khối sắt đặt nằm trên mặt lớn

b) hai khối sắt chồng lên nhau trên cùng mặt lớn

c) một khối sắt đặt đứng trên mặt nhỏ.

So sánh ba trường hợp cho phép xét riêng ảnh hưởng của độ lớn áp lực và diện tích bị ép đến độ lún của bột mịn.

Hình 15.2. Thí nghiệm tìm hiểu tác dụng của áp lực.

Bảng 15.1. Kết quả thí nghiệm

Từ kết quả thí nghiệm có thể rút ra: tác dụng của áp lực lên mặt bị ép tăng khi độ lớn áp lực tăng và cũng tăng khi diện tích bị ép giảm.

2. Công thức tính áp suất

Áp suất sinh ra khi có áp lực tác dụng lên một diện tích bề mặt. Áp suất được tính bằng độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép:

\(p=\dfrac{F}{S}\)

Trong đó \(p\) là áp suất; \(F\) là áp lực tác dụng lên mặt bị ép; \(S\) là diện tích bị ép.

Nếu \(F\) đo bằng niutơn (N) và \(S\) đo bằng mét vuông (m²) thì đơn vị áp suất là niutơn trên mét vuông, gọi là pascal, kí hiệu Pa:

\(1\,\text{Pa}=1\,\text{N/m}^2\)

Một số đơn vị áp suất khác thường dùng:

• \(1\,\text{atm}=1{,}013\times10^5\,\text{Pa}\).
• \(1\,\text{mmHg}=133{,}3\,\text{Pa}\).
• \(1\,\text{Bar}=10^5\,\text{Pa}\).

Từ công thức \(p=\dfrac{F}{S}\), có thể rút ra các nguyên tắc:

• • Muốn tăng áp suất: tăng áp lực \(F\), giảm diện tích bị ép \(S\), hoặc đồng thời thực hiện cả hai.
  • Muốn giảm áp suất: giảm áp lực \(F\), tăng diện tích bị ép \(S\), hoặc đồng thời thực hiện cả hai.

Việc tăng, giảm áp suất có nhiều ứng dụng trong đời sống.

Muốn đóng cọc xuống đất dễ hơn có thể làm đầu cọc nhọn để giảm diện tích bị ép, từ đó tăng áp suất.

Xe đi qua vùng đất sụt lún thường dùng bánh hoặc bản xích có diện tích tiếp xúc lớn để giảm áp suất lên mặt đất. Răng cá sấu rất nhọn giúp tạo áp suất lớn khi cắn.

Không chỉ chất rắn mà chất lỏng và chất khí cũng gây áp suất lên thành bình chứa.

Với chất khí, có thể làm tăng áp suất bằng cách tăng lượng khí trong một thể tích cố định hoặc giảm thể tích chứa cùng một lượng khí.