Áp suất là gì? Tổng hợp kiến thức về áp suất từ A-Z

Áp lực là gì? 

Hiểu về áp lực giúp ta hiểu được định nghĩa áp suất là gì. 

Xem ví dụ sau: Người và tủ (như hình minh họa bên dưới) luôn tác dụng lên nền nhà một lực ép có phương vuông góc với mặt sàn nhà. Những lực như này được gọi là áp lực. 

Do vậy ta có định nghĩa sau: 

Áp lực là lực ép tác động lên trên diện tích bề mặt của một vật theo phương vuông góc với mặt chịu sức ép. Áp lực là đại lượng vectơ.

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

Đơn vị đo lường của áp lực là: Newton và được kí hiệu là N.

Lưu ý: 

Vì đã xác định được phương (vuông góc với bề mặt chịu lực) và chiều (hướng vào mặt chịu lực) nên khi nói về áp lực nên khi người ta nhắc đến áp lực thì chỉ có thể nói về độ lớn (cường độ).

Áp suất là gì? 

Áp suất là gì? 

Khi tính toán được áp lực tác dụng lên một bề mặt chịu sức ép lớn. Người ta phải chia nhỏ phần diện tích chịu lực và tính lực tác động lên đơn vị diện tích đó.

Do vậy áp suất gây ra bởi chất rắn là độ lớn của áp lực tác dụng trên một đơn vị diện tích xác định, có phương vuông góc với bề mặt bị ép. 

Áp suất ký hiệu là gì? 

Trong vật lý, áp suất có tên tiếng Anh là Pressure và được kí hiệu bởi chữ cái đầu “P”

Đơn vị đo áp suất 

Nếu như đơn vị của áp lực là Newton (N) thì trong hệ đo lường quốc tế SI, đơn vị của áp suất được tính bằng Newton trên mét vuông (N/m²). 

1 N/m² được gọi là 1 Pascal (Kí hiệu Pa) 

Vậy đơn vị đo áp suất được gọi là Pascal (Pa) mang tên nhà toán học và vật lý người Pháp Blaise Pascal - người đã phát hiện ra áp suất vào thế kỉ 17.

1 Pa là rất nhỏ, nó xấp xỉ bằng áp suất của một đồng đô la Mỹ tác dụng lên mặt bàn. 

Pa là đơn vị đo áp suất thông dụng nhất hiện nay. Tuy nhiên ở mỗi khu vực địa lý khác nhau trên thế giới hoặc để phục vụ cho việc tính toán của từng lĩnh vực với các dòng chất lỏng khác nhau thì người ta sử dụng nhiều đơn vị đo áp suất khác nhau như PSI (Châu Mỹ), Pa (Châu Á), Bar (Châu Âu). 

Để tiện tính toán và sử dụng đơn vị đo áp suất phù hợp ta cần quy đổi về đơn vị mình cần. Dưới đây là bảng quy đổi các đơn vị áp suất được nhiều quốc gia và nhiều đơn vị trong ngành sử dụng.

Viết công thức tính áp suất

Công thức tính áp suất trong vật lý được viết dưới dạng công thức: 

Trong đó: 

• F: Áp lực tác dụng lên mặt bị ép

• P: Áp suất

• S: Diện tích (phần bề mặt chịu áp lực) 

Ví dụ áp dụng công thức tính áp suất

Câu C5 (Sách giáo khoa trang 27): Một xe tăng có trọng lượng 340000N. Tính áp suất của xe tăng lên mặt đường nằm ngang, biết rằng diện tích tiếp xúc các bản xích với đất là 1,5m2. Hãy so sánh áp suất đó với áp suất của một ô tô nặng 20000N có diện tích các bánh xe tiếp xúc với mặt đất nằm ngang là 250m2.

Hướng dẫn giải:

Áp suất của xe tăng lên mặt đường nằm ngang là:

P(xe)= F/S = 340000/1,5 = 226 666,6 (N/m2)

Áp suất của ôtô lên mặt đường nằm ngang là:

P = F/S = 20000/250 = 80 N/cm2 = 800 000 N/m2

Vậy áp suất của xe tăng lên mặt đường nhỏ hơn so với áp suất của ô tô. Do đó xe tăng chạy đc trên đất mềm.

Có những loại áp suất nào và công thức tính áp suất từng loại

Các đồng hồ đo áp suất khác nhau đều được sản xuất và tính toán để có được độ chính xác cao, dựa trên công thức tính áp suất. Hãy cùng Monkey điểm qua một số những công thức tính áp suất của từng loại dưới đây. 

Công thức tính áp suất chất rắn

Định nghĩa và công thức tính áp suất chất rắn chính là phần kiến thức ta đã được tìm hiểu qua ví dụ và giải thích bên trên. 

Áp suất của chất rắn phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc và trọng lượng của vật.

Trong đó: 

• P: Áp suất (N/m2)

• F: Áp lực đơn vị N

• S: Diện tích bề mặt bị F tác động (m2)

Công thức tính áp suất chất lỏng 

Trong thực tế, chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật trong lòng nó. 

Áp suất chất lỏng được định nghĩa như sau: Áp suất chất lỏng là giá trị áp lực lên một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó. 

Công thức tính áp suất chất lỏng là: 

Trong đó: 

• P: Là áp suất chất lỏng khí cần tính (Pa)
• D: Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3).
• H: Chiều cao của chất lỏng (m)

Công thức tính áp suất thẩm thấu

Áp suất thẩm thấu là áp suất tối thiểu cần được áp dụng cho dung dịch để ngăn dòng chảy của dung môi tinh khiết qua màng bán thấm về phía chứa chất tan.

Trong vật lý, áp suất thẩm thấu được xác định theo phương thức sau: 

Trong đó: 

• P: Áp suất thẩm thấu (atm)

• R: Hằng số (R= 0,082)

• T: Nhiệt độ tuyệt đối (T = 273 + toC)

• C: Nồng độ dung dịch (gam/lít)

Theo công thức tính ở trên ta thấy: nồng độ dung dịch tỷ lệ thuận với áp suất thẩm thấu của chính dung dịch đó.

Công thức tính áp suất thủy tĩnh

Áp suất thủy tĩnh được hiểu là áp suất được tạo ra từ chất lỏng khi đứng yên 

Hay nói cách khác, áp suất thủy tĩnh là áp lực được tính khi mực chất lỏng ở mức cân bằng không có dao động và được tính theo công thức:

Trong đó: 

• P: Áp suất thủy tĩnh của chất lỏng

• Pa: Áp suất khí quyển

• H: Chiều cao từ đáy lên mặt tĩnh của chất lỏng

• P: khối lượng riêng mặc định của một đơn vị chất lỏng nhất định (Kg/m3)

Ngoài ra còn có áp suất chân không, bạn có thể xem thêm tại: Hiểu toàn bộ về áp suất chân không đơn giản nhất 

Những thiết bị dùng để đo áp suất

Mỗi dạng áp suất khác nhau sẽ có từng thiết bị đo chuyên dụng. Tùy vào từng mỗi chất cần đo mà ta sẽ dùng thiết bị đo áp suất riêng như: Máy đo áp suất nước, khí gas, xăng dầu,… Hiện nay, có 3 thiết bị đo áp suất được sử dụng phổ biến đó là:

Đồng hồ đo áp suất

Đây là thiết bị dùng để đo áp suất của các chất lỏng, khí, hơi…và hoạt động thông qua tác động của áp lực nước lên hệ thống chuyển động làm quay bánh răng giúp kim trỏ đồng hồ chỉ tới dải áp suất trên mặt thiết bị đo.

Cảm biến đo áp suất

Khi chịu tác động của các nguồn như áp suất, nhiệt,… cảm biến sẽ đưa giá trị về vi xử lý, sau đó sẽ xử lý và rồi ra tín hiệu. Máy chủ yếu dùng để đo áp suất những vị trí khó quan sát hoặc những trường hợp cần xuất ra tín hiệu để điều khiển áp suất.

Cảm biến đo áp suất có mặt hiển thị đồng hồ điện tử

Máy này giúp người sử dụng thấy được áp suất ngay tại thời điểm đo và đồng thời xuất ra tín hiệu để đưa vào bộ xử lý. Đây là dạng máy kết hợp cảm biến đo áp suất tích hợp với mặt đồng hồ hiển thị điện tử.

Muốn tăng giảm áp suất thì ta làm như thế nào?

Cách tăng áp suất 

Có ba cách tăng áp suất như sau: 

• Tăng áp lực tác động và giữ nguyên diện tích bề mặt bị ép.

• Tăng lực tác động theo phương vuông góc, đồng thời giảm diện tích bề mặt bị ép.

• Tăng diện tích bề mặt bị ép nhưng vẫn giữ nguyên áp lực.

Cách giảm áp suất 

Có ba cách giảm áp suất như sau: 

• Giảm áp lực tác động và giữ nguyên diện tích bề mặt bị ép.

• Giảm áp lực, đồng thời giảm diện tích bề mặt bị ép.

• Giảm diện tích bề mặt bị ép nhưng vẫn giữ nguyên áp lực.

Ví dụ về việc tăng, giảm áp suất trong thực tế 

Một số ví dụ về việc tăng áp suất trong thực tế đó là: đầu đinh, dao, kéo, ống hút,... đều được làm nhọn để giảm diện tích bị ép nhằm tăng áp suất.

Một số ví dụ về việc giảm áp suất trong thực tế đó là: Bánh xe tăng (để làm giảm độ lún của vật trên nền đất, người ta làm vật này có mặt tiếp xúc lớn).

Ứng dụng của áp suất trong thực tế

• Trong đời sống hàng ngày, chúng ta sử dụng nồi áp suất để nấu ăn. Hai ưu điểm chính của nồi áp suất là nấu chín thức ăn rất nhanh và không làm mất chất dinh dưỡng của thức ăn. Đó chính là một ví dụ về áp suất khí.

• Còn ở trên xe ô tô người ta lắp đặt hệ thống phanh phanh thuỷ lực để giảm tốc độ và dừng xe theo yêu cầu của người lái nhờ hiểu biết về áp suất lỏng.

• Đối với các thiết bị trong công nghiệp thì việc đo áp suất là không thể thiếu. Khi đo áp suất chủ yếu sử dụng đồng hồ đo và được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, trong nhà máy, xí nghiệp, lọc hóa dầu, chế biến thực phẩm,...

Giải bài tập áp suất lý lớp 8

Câu 1: Khi đo huyết áp của tim, vòng bít bơm hơi của máy đo huyết áp khi lồng vào tay nên đặt ngang với vị trí tim. Tại sao?

Hướng dẫn giải: 

Để dễ dàng đo được nhịp tim và hoạt động của tim truyền máu đến phổi.

Câu 2: Một diễn viên xiếc có khối lượng 65kg cùng những chiếc ghế gỗ có khối lượng tổng cộng 60kg, xếp chồng cân bằng trên một cái ghế 4 chân có khối lượng 5kg. Diện tích tiếp xúc của một chân ghế là 10cm2. Tính áp suất của mỗi chân ghế tác dụng lên sàn sân khấu.

Hướng dẫn giải: 

Áp lực phân bố đều cho mỗi chân ghế:

F = 10.(65+60+5)/4 = 325 (N)

Diện tích của mỗi chân ghế là:

S = 10 cm2 = 0,001 m2

Áp suất của mỗi chân ghế tác dụng lên mặt sàn là: 

P = F/S = 325/0,001 = 325000 (N/m2)

Câu 3: Một toa tàu lửa khối lượng 48 tấn có 4 trục bánh sắt, mỗi trục có 2 bánh xe, diện tích  tiếp xúc của mỗi bánh xe với mặt ray là 4,5 cm2.

a. Tính áp suất của toa tàu lên đường ray khi toa tàu đỗ trên mặt ray bằng phẳng.

b. Tính áp suất của toa tàu lên mặt đất nếu tổng diện tích tiếp xúc ray và tà vẹt lên mặt đất là 2,4 m2.

Hướng dẫn giải: 

a. Diện tích tiếp xúc tổng cộng của các bánh xe lên mặt ray:

S = (4.2) 4,5 = 36 cm2 = 0,0036 m2

Áp lực do toa tàu tác dụng xuống đường ray bằng đúng trọng lượng của toa tàu:

F = P = 10 m = 10.48000 = 480000 (N)

b. Áp suất tác dụng lên ray tàu: 

P = F/S = 480000/0,0036 = 2000000 (N/m2)

Câu 4: Đặt một bao gạo 60kg lên một cái ghế bốn 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. (Học sinh tự luyện giải bài tập này ở nhà.)

Câu 5: Khối lượng của em học sinh là 40kg, diện tích của cả hai bàn chân là 4dm2. Hãy tính áp suất của cơ thể em lên mặt đất khi đứng  thẳng. Làm thế nào để tăng áp suất lên gấp đôi một cách nhanh chóng và đơn giản. (Học sinh tự luyện giải bài tập này ở nhà.)

Trên đây là những kiến thức và bài tập về áp suất đầy đủ và chi tiết nhất. Mong rằng những chia sẻ trên sẽ giúp mọi người có thể ghi nhớ bài học một cách lâu nhất. Nếu bạn thấy hay hãy thường xuyên truy cập vào kiến thức cơ bản để có thể cập nhập cho mình những bài học hữu ích nhé. Đừng quên ấn nút “chia sẻ bài viết” ở dưới bài đăng để cho bạn bè cũng như người thân quen nhận được giá trị hữu ích.