BÀI 16. ÁP SUẤT CHẤT LỎNG. ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN

BÀI 16. ÁP SUẤT CHẤT LỎNG. ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN

I. Áp suất chất lỏng

1. Chất lỏng gây áp suất lên vật đặt trong nó

Khác với chất rắn thường gây áp suất theo phương của áp lực tác dụng lên mặt bị ép, chất lỏng có thể gây áp suất lên các vật tiếp xúc với nó theo nhiều phương khác nhau.

Trong thí nghiệm với bình trụ có đáy và các lỗ ở thành bình được bịt bằng màng cao su mỏng, khi nhúng bình vào nước, các màng cao su bị biến dạng. Điều đó chứng tỏ nước gây áp suất lên đáy và thành bình.

Ví dụ: Khi lặn xuống nước càng sâu, tai và cơ thể ta cảm thấy bị ép mạnh hơn. Đó là do áp suất của nước tăng theo độ sâu.

2. Áp suất tác dụng vào chất lỏng được truyền nguyên vẹn theo mọi hướng

Khi tác dụng một áp suất lên chất lỏng đựng trong bình kín, áp suất này được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng. Tính chất này được gọi là nguyên lí Pascal.

Trong thí nghiệm dùng hai pit-tông nối với nhau bằng chất lỏng, khi đặt quả nặng lên một pit-tông, áp suất truyền qua chất lỏng làm pit-tông kia chuyển động. Nếu pit-tông kia có diện tích lớn hơn, lực do chất lỏng tác dụng lên pit-tông đó có thể lớn hơn.

3. Ứng dụng: máy nén thủy lực

Máy nén thủy lực hoạt động dựa trên tính chất truyền nguyên vẹn áp suất của chất lỏng. Khi người ta tác dụng một lực nhỏ lên pit-tông nhỏ, áp suất được truyền qua chất lỏng sang pit-tông lớn. Do pit-tông lớn có diện tích lớn nên lực nâng ở pit-tông lớn có thể đủ lớn để nâng ô tô.

Có thể hiểu theo công thức của bài áp suất: \(F=p\cdot S\). Khi cùng chịu một áp suất \(p\), pit-tông nào có diện tích \(S\) lớn hơn thì lực \(F\) tác dụng lên nó lớn hơn.

Một số ví dụ ứng dụng nguyên lí Pascal:

• Máy nâng ô tô trong gara sửa xe.
• Phanh dầu của xe máy, ô tô.
• Máy ép thủy lực trong công nghiệp.
• Kích thủy lực dùng để nâng vật nặng.

II. Áp suất khí quyển

1. Khí quyển và áp suất khí quyển

Bao quanh Trái Đất là một lớp không khí dày tới hàng nghìn kilômét, gọi là khí quyển. Con người và mọi sinh vật trên Trái Đất đều sống dưới đáy của tầng khí quyển này.

Áp suất do lớp không khí bao quanh Trái Đất tác dụng lên mọi vật trên Trái Đất gọi là áp suất khí quyển.

2. Thí nghiệm chứng tỏ sự tồn tại của áp suất khí quyển

Thí nghiệm với cốc nước và tấm nylon: Rót đầy nước vào cốc, đặt tấm nylon cứng che kín miệng cốc, giữ chặt tấm nylon rồi từ từ úp ngược cốc xuống. Khi thả tay ra, tấm nylon không rơi và nước không chảy ra ngay.

Giải thích: Áp suất khí quyển từ bên ngoài tác dụng lên tấm nylon theo hướng từ dưới lên, giữ tấm nylon áp sát miệng cốc. Vì vậy nước trong cốc không chảy ra.

Thí nghiệm với ống thủy tinh: Nhúng một ống thủy tinh hở hai đầu vào nước để nước dâng vào ống, rồi bịt kín đầu trên và kéo ống ra khỏi nước. Nước không chảy ra khỏi ống ngay cả khi nghiêng ống theo các phương khác nhau.

Giải thích: Áp suất khí quyển tác dụng lên đầu dưới của cột nước, giữ cho nước trong ống không chảy ra. Hiện tượng này chứng tỏ áp suất khí quyển có tồn tại và tác dụng theo mọi phương.

III. Một số ảnh hưởng và ứng dụng của áp suất không khí

1. Tiếng động trong tai khi áp suất thay đổi đột ngột

Khi ngồi trên máy bay lúc cất cánh hoặc hạ cánh, khi đi thang máy tốc độ cao, khi leo núi cao hoặc xuống vùng thấp nhanh, ta có thể nghe tiếng động trong tai hoặc cảm thấy ù tai.

Nguyên nhân là áp suất không khí bên ngoài thay đổi đột ngột, còn áp suất trong tai giữa chưa kịp cân bằng. Khi đó màng nhĩ bị đẩy về phía có áp suất nhỏ hơn, tạo cảm giác ù tai hoặc tiếng động trong tai.

Trong tai có vòi tai nối tai giữa với vùng mũi, họng. Khi nuốt hoặc ngáp, vòi tai mở rộng hơn, không khí đi vào hoặc đi ra khỏi tai giữa, giúp cân bằng áp suất hai bên màng nhĩ.

2. Giác mút

Giác mút thường được dùng để treo đồ lên kính hoặc tường nhẵn. Khi ấn giác mút sát vào mặt kính, không khí bên trong giác mút bị đẩy bớt ra ngoài, làm áp suất không khí bên trong nhỏ hơn áp suất khí quyển bên ngoài. Áp suất khí quyển bên ngoài ép giác mút chặt vào mặt kính, giúp giác mút bám chắc.

3. Bình xịt nước

Trong bình xịt nước đơn giản, khi tác dụng lực lên tay bơm, pit-tông hút không khí từ ngoài vào bình rồi nén lại. Áp suất không khí trong bình tăng lên, tác dụng lực ép lên nước. Khi van mở, nước bị đẩy ra ngoài qua ống dẫn và vòi phun. Muốn duy trì áp suất trong bình, ta cần bơm liên tục.

4. Tàu đệm khí

Tàu đệm khí sử dụng khí nén áp suất cao để nâng tàu khỏi mặt đất hoặc mặt nước. Quạt bơm không khí vào phần dưới thân tàu, tạo lớp đệm khí làm tàu nổi lên, nhờ đó giảm ma sát khi chuyển động.

IV. Trả lời tình huống đầu bài

Muốn nước trong bình có thể chảy ra khi mở vòi, trên nắp bình thường phải có một lỗ nhỏ để không khí bên ngoài đi vào bình. Nếu bình kín hoàn toàn, khi nước chảy ra thì áp suất không khí bên trong bình giảm, áp suất bên ngoài cản trở dòng nước làm nước khó chảy hoặc ngừng chảy. Lỗ nhỏ trên nắp giúp áp suất trong bình gần bằng áp suất khí quyển bên ngoài, nên nước chảy ra dễ hơn.

V. Em đã học

VI. Câu hỏi tự kiểm tra

1. Chất lỏng gây áp suất lên vật đặt trong nó theo những phương nào?
2. Khi vật ở càng sâu trong nước thì áp suất chất lỏng tác dụng lên vật thay đổi như thế nào?
3. Nêu nội dung tính chất truyền áp suất của chất lỏng.
4. Vì sao máy nén thủy lực có thể dùng lực nhỏ ở pit-tông nhỏ để nâng vật rất nặng ở pit-tông lớn?
5. Áp suất khí quyển là gì?
6. Thí nghiệm cốc nước úp ngược với tấm nylon chứng tỏ điều gì?
7. Vì sao khi máy bay cất cánh hoặc hạ cánh ta có thể bị ù tai?
8. Giải thích vì sao giác mút có thể bám chặt vào mặt kính hoặc tường phẳng.
9. Nêu hai ứng dụng của áp suất không khí trong đời sống.