TỔNG HỢP LÝ THUYẾT CHƯƠNG III. KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ ÁP SUẤT
TỔNG HỢP LÝ THUYẾT CHƯƠNG III. KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ ÁP SUẤT
Mục tiêu ôn tập
- Hệ thống lại các kiến thức trọng tâm từ Bài 13 đến Bài 17.
- Nắm chắc các công thức về khối lượng riêng, áp suất và lực đẩy Archimedes.
- Biết nhận dạng các tình huống thực tế liên quan đến tăng, giảm áp suất; vật nổi, vật chìm.
- Chuẩn bị nền tảng để làm bài tập vận dụng và bài kiểm tra chương.
I. Khối lượng riêng
Khối lượng riêng của một chất cho biết khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó.
Công thức
\(D=\dfrac{m}{V}\)
| \(D\) | khối lượng riêng, đơn vị thường dùng \(\mathrm{kg/m^3}\), \(\mathrm{g/cm^3}\), \(\mathrm{g/mL}\) |
| \(m\) | khối lượng của vật |
| \(V\) | thể tích của vật |
Từ công thức trên, suy ra:
- \(m=D\cdot V\)
- \(V=\dfrac{m}{D}\)
Đổi đơn vị cần nhớ:
- \(1\,g/cm^3=1000\,kg/m^3\)
- \(1\,kg/m^3=0{,}001\,g/cm^3\)
- \(1\,g/cm^3=1\,g/mL\)
Trọng lượng riêng là trọng lượng của một đơn vị thể tích chất đó:
\(d=\dfrac{P}{V}\)
Nếu lấy gần đúng \(g=10\,N/kg\), có thể dùng \(d\approx10D\), trong đó \(D\) tính bằng \(\mathrm{kg/m^3}\), \(d\) tính bằng \(\mathrm{N/m^3}\).
II. Thực hành xác định khối lượng riêng
Khi xác định khối lượng riêng, luôn cần đo hoặc tính được hai đại lượng: khối lượng \(m\) và thể tích \(V\), sau đó dùng \(D=\dfrac{m}{V}\).
| Đối tượng | Cách xác định thể tích | Cách tính khối lượng riêng |
|---|---|---|
| Khối hình hộp chữ nhật | Đo ba cạnh \(a\), \(b\), \(c\), tính \(V=a\cdot b\cdot c\) | \(D=\dfrac{m}{V}\) |
| Một lượng chất lỏng | Đọc thể tích chất lỏng trong ống đong | \(m_{\text{chất lỏng}}=m_2-m_1\), rồi \(D=\dfrac{m}{V}\) |
| Vật rắn bất kì không thấm nước | Dùng bình chia độ: \(V_{\text{vật}}=V_2-V_1\) | \(D=\dfrac{m_{\text{vật}}}{V_{\text{vật}}}\) |
Kinh nghiệm làm thí nghiệm: đo nhiều lần, lấy giá trị trung bình, đổi đơn vị thống nhất trước khi tính.
III. Áp lực và áp suất trên một bề mặt
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.
Công thức tính áp suất
\(p=\dfrac{F}{S}\)
| \(p\) | áp suất, đơn vị \(Pa\) hoặc \(\mathrm{N/m^2}\) |
| \(F\) | áp lực, đơn vị \(N\) |
| \(S\) | diện tích mặt bị ép, đơn vị \(\mathrm{m^2}\) |
Đơn vị: \(1\,Pa=1\,N/m^2\). Một số đơn vị khác: \(1\,atm=1{,}013\cdot10^5\,Pa\), \(1\,mmHg=133{,}3\,Pa\), \(1\,bar=10^5\,Pa\).
| Muốn | Cách làm | Ví dụ |
|---|---|---|
| Tăng áp suất | Tăng \(F\) hoặc giảm \(S\) | Dao sắc, kim nhọn, mũi đinh nhọn |
| Giảm áp suất | Giảm \(F\) hoặc tăng \(S\) | Bản xích xe tăng, ván đi qua bùn, nằm trên đệm |
IV. Áp suất chất lỏng và áp suất khí quyển
1. Áp suất chất lỏng
- Chất lỏng gây áp suất lên vật đặt trong lòng nó.
- Áp suất chất lỏng tác dụng theo mọi phương.
- Ở cùng một độ sâu trong cùng một chất lỏng, áp suất chất lỏng như nhau.
- Vật càng ở sâu trong chất lỏng thì chịu áp suất chất lỏng càng lớn.
2. Nguyên lí Pascal
Áp suất tác dụng vào chất lỏng đựng trong bình kín được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.
Ứng dụng: máy nén thủy lực, kích thủy lực, phanh dầu. Nếu cùng áp suất \(p\), lực tác dụng lên pit-tông là \(F=p\cdot S\), nên pit-tông có diện tích lớn sẽ tạo được lực lớn.
3. Áp suất khí quyển
Áp suất do lớp không khí bao quanh Trái Đất tác dụng lên mọi vật gọi là áp suất khí quyển. Áp suất khí quyển tác dụng theo mọi phương.
Một số hiện tượng và ứng dụng:
- Cốc nước úp ngược có tấm nylon che miệng cốc: áp suất khí quyển giữ tấm nylon và nước không rơi ngay.
- Khi máy bay cất cánh hoặc hạ cánh, áp suất thay đổi đột ngột có thể gây ù tai.
- Giác mút bám vào kính do áp suất bên ngoài lớn hơn áp suất bên trong giác mút.
- Bình xịt nước hoạt động nhờ tăng áp suất không khí trong bình.
- Tàu đệm khí dùng khí nén để nâng tàu, giảm ma sát khi chuyển động.
V. Lực đẩy Archimedes
Một vật đặt trong chất lỏng chịu tác dụng của lực đẩy Archimedes hướng thẳng đứng từ dưới lên.
Độ lớn của lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
Công thức lực đẩy Archimedes
\(F_A=d\cdot V\)
| \(F_A\) | lực đẩy Archimedes, đơn vị \(N\) |
| \(d\) | trọng lượng riêng của chất lỏng, đơn vị \(\mathrm{N/m^3}\) |
| \(V\) | thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ, đơn vị \(\mathrm{m^3}\) |
Nếu đo bằng lực kế: \(F_A=P-F_1\), trong đó \(P\) là trọng lượng của vật trong không khí, \(F_1\) là số chỉ lực kế khi vật nhúng trong chất lỏng.
| Điều kiện | Hiện tượng |
|---|---|
| \(F_A<P\) | Vật chìm xuống |
| \(F_A>P\) | Vật nổi lên |
| \(F_A=P\) | Vật cân bằng hoặc lơ lửng |
So sánh bằng trọng lượng riêng: vật chìm nếu trọng lượng riêng của vật lớn hơn trọng lượng riêng của chất lỏng; vật nổi nếu trọng lượng riêng của vật nhỏ hơn trọng lượng riêng của chất lỏng.
Ví dụ: tàu kim loại rất nặng nhưng vẫn nổi vì tàu rỗng, thể tích nước bị chiếm chỗ lớn, nên lực đẩy Archimedes đủ lớn để cân bằng trọng lượng của tàu.
VI. Bảng công thức cần nhớ
| Nội dung | Công thức | Lưu ý |
|---|---|---|
| Khối lượng riêng | \(D=\dfrac{m}{V}\) | \(m\) tính bằng \(kg\), \(V\) tính bằng \(m^3\) thì \(D\) tính bằng \(\mathrm{kg/m^3}\) |
| Trọng lượng riêng | \(d=\dfrac{P}{V}\) | Đơn vị \(\mathrm{N/m^3}\) |
| Áp suất | \(p=\dfrac{F}{S}\) | \(S\) phải đổi về \(\mathrm{m^2}\) nếu tính \(p\) theo \(Pa\) |
| Lực đẩy Archimedes | \(F_A=d\cdot V\) | \(V\) là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ |
VII. Những lỗi cần tránh khi làm bài
- Nhầm khối lượng riêng \(D\) với trọng lượng riêng \(d\).
- Quên đổi \(cm^2\) sang \(m^2\) khi tính áp suất.
- Quên đổi \(cm^3\) sang \(m^3\) khi tính lực đẩy Archimedes theo đơn vị SI.
- Dùng toàn bộ thể tích vật cho \(V\) trong \(F_A=d\cdot V\) khi vật chỉ chìm một phần.
- Nhầm áp lực với mọi lực tác dụng lên vật. Áp lực phải vuông góc với mặt bị ép.
- Khi so sánh vật nổi - chìm, cần so sánh \(F_A\) với \(P\), hoặc so sánh trọng lượng riêng của vật với trọng lượng riêng của chất lỏng.
VIII. Câu hỏi tự ôn nhanh
- Khối lượng riêng cho biết điều gì?
- Muốn xác định khối lượng riêng của một vật không thấm nước có hình dạng bất kì, cần đo những gì?
- Áp lực khác lực thông thường ở điểm nào?
- Muốn làm giảm áp suất thì có những cách nào?
- Áp suất chất lỏng thay đổi thế nào khi độ sâu tăng?
- Nêu nội dung nguyên lí Pascal.
- Áp suất khí quyển là gì?
- Lực đẩy Archimedes phụ thuộc vào những đại lượng nào?
- Vì sao tàu rất nặng vẫn nổi được trên mặt nước?