Bài 15. Áp suất trên một bề mặt

Trong thực tế, học sinh đứng trên sân trường, ô tô trong bãi đỗ xe, bàn ghế đặt trong lớp học hay máy móc trong nhà xưởng đều tác dụng lực ép lên mặt sàn.

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

Vì vậy, để nhận biết một lực có phải là áp lực hay không, cần xét phương của lực so với bề mặt bị ép. Nếu lực ép vuông góc với bề mặt thì lực đó là áp lực.

1. Thí nghiệm tìm hiểu tác dụng của áp lực

Thí nghiệm dùng hai khối sắt giống nhau có dạng hình hộp chữ nhật và một khay đựng bột mịn. Các khối sắt được bố trí theo ba trường hợp khác nhau để so sánh độ lớn của áp lực, diện tích bị ép và độ lún xuống bột mịn.

Kết quả thí nghiệm cho thấy: khi các áp lực khác nhau tác dụng lên diện tích bề mặt, chúng làm bề mặt bị ép chịu những tác dụng khác nhau. Độ lún phụ thuộc vào độ lớn của áp lực và diện tích bị ép.

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 mặt bị ép.

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

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

Một số đơn vị đo áp suất khác được nêu trong bài:

• • Atmôtphe: \(1\,\text{atm}=1{,}013\times 10^5\,\text{Pa}\).
  • Milimét thủy ngân: \(1\,\text{mmHg}=133{,}3\,\text{Pa}\).
  • Bar: \(1\,\text{bar}=10^5\,\text{Pa}\).

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

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

Các nguyên tắc này có nhiều ứng dụng trong đời sống. Chẳng hạn, đầu cọc hoặc răng sắc có diện tích tiếp xúc nhỏ nên tạo áp suất lớn hơn; ngược lại, khi cần đi qua vùng đất sụt lún người ta tìm cách tăng diện tích tiếp xúc để giảm áp suất lên mặt đất.

Việc tăng hoặc giảm áp suất có ý nghĩa quan trọng trong đời sống và kĩ thuật. Dựa vào cách điều chỉnh độ lớn của áp lực hoặc diện tích bị ép, người ta có thể chế tạo và sử dụng các dụng cụ, máy móc phù hợp với mục đích.

Bài học yêu cầu vận dụng nguyên tắc này để giải thích những tình huống như đóng cọc xuống đất, giúp xe vượt qua vùng đất sụt lún hoặc giải thích vì sao cá sấu có hàm răng rất nhọn.

Không chỉ chất rắn mới gây ra áp suất lên mặt bị ép; chất lỏng và chất khí cũng gây ra áp suất lên bình chứa.

Với chất khí có thể nén và dãn nén, bài học nêu hai cách làm tăng áp suất chất khí:

• • Với bình có thể tích cố định, tăng lượng chất khí trong bình bằng cách bổ sung thêm khí.
  • Với một lượng chất khí nhất định, giảm thể tích của bình chứa lượng chất khí đó.

• Áp lực là lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép.
• Áp suất được tính bằng độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép: \(p=\dfrac{F}{S}\).
• Đơn vị thường dùng của áp suất là Pa, với \(1\,\text{Pa}=1\,\text{N/m}^2\).
• Có thể làm tăng hoặc giảm áp suất bằng cách thay đổi áp lực hoặc diện tích mặt bị ép.