Chuyên đề ÁP SUẤT CHẤT LỎNG-PP

Chuyên đề: áp suất chất lỏng
Thực hiện : Học sinh lớp 8A2 trường THCS Hai Bà Trưng-Phúc Yên- Vĩnh Phúc.
Lời mở đầu
Như đã biết, áp suất là độ lớn của áp lực lên 1 đơn vị diện tích bị ép.Từ đó 1câu hỏi đặt ra :” Liệu chất lỏng có tạo ra áp suất hay không ?’’vì trong thưc tế có rât nhiều hiện tượng cần giải thích như:khi lặn sâu thợ lặn phải mặc mọt bộ áo bảo vệ chịu được áp suất lớn?...Và để trả lời những câu hỏi trên ta đã phải lam nhiều các thí nghiệm và tính toán.
Chuyên ®Ò:” Áp suất chất lỏng” sẽ giúp bạn tìm hiểu kĩ hơn về khái niêm này.
Chuyên để gồm hai phần chính: Cở sở kiến thức,một số bài tập thường gặp.
Mong rằng sau khi đọc xong chuyền đề này bạn sẽ có thể giải thích một số thắc mắc của mình và tự tin hơn với các bài tập vật lí liên quan tới “áp suất chất lỏng”
A:Cơ sở kiến thức
I, tìm hiểu chung về áp suất chÊt lỏng
1,chất lỏng gây áp suất lên thành và đáy bình theo mọi phương và lên mọi vật đặt trng lòng chất lỏng.
Từ công thức tính áp suất chất rắn :P=f/S ta sây dựng được công thức tính áp suất chất lỏng như sau:p=f/s =>pchất lỏng =p/s=d.v/s=d.h .Vậy công thức tính áp suất chất lỏng và: p=d. h
Trong đó: d là trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m³), h là chiều cao tính từ điểm cần tính áp suất tới mặt thoán của chất lỏng(m), p là áp suất của chất lỏng có trọng lượng riêng là d và chiều cao là h(N/m ²)






Một số chất và trọng lượng riêng của chúng
Chất:
Nước
Nước biển
Dầu
DÇu hoả
Xăng
Thuỷ ngân
Trọng lượngriêng(N/m³):
10000
13000
9000
8000
7000
136000
2, Phương trình cân bằng áp suất
Áp suất tại 2 điểm cùng nằm trên 1 mặt phẳng nằm ngang luôn bằng nhau
Ví dụ: Xét áp suất tại 2 điểm A và B như trong hình vẽ, ta có: pA=h. d và pB=h. d(do A và B cùng nằm trên 1 mặt phẳng nămg ngang)
=> pA=pB
A
B
h
II, Bình thông nhau
Khái niệm: là bình có nhiều nhánh nhưng chung đáy
Tính chất: khi trong bình thông nhau chứa một chất lỏng đứng yên thì mực chất lỏng trong 2 nhánh luôn ngang bằng nhau dù tiết diện trong 2 nhánh chênh lệch tới đâu
VD :
III, Định luật pax-can và máy nén thuỷ lực
Phát biểu định luật:trong bình kín đựng chất lỏng(chất khí), khi ta tác dụng vào bề mặt chất lỏng (chất khí) một áp lực thì lực này sẽ được truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.
2, Tìm hiểu về máy nén thuỷ lực
Máy nén thuỷ lực được dùng trong nhiều nghành công nghiệp, nó hoạt động dựa theo định luật pax-can
Giải thích về cách hoạt động: gọi pittông nhánh trái là A, nhánh phải là B, tiết diện của 2 nhánh lần lượt là svà S. Ta tác dụng lên pittông A một lực là f có chiều từ trên xuống dưới, lực này gây ra một áp suất tại bề mặt của chất lỏng là: p=f/s(1). Theo định luật pax-can áp suất này được truyền đi theo mọi hướng trong bình và tới pittông B, nó sẽ gây ra một lực đẩy khiến pittông B chuyển động đi lên có độ lớn là F=p.S(2)
Từ 1 và 2 ta có:F=f/s.S =>F/S=f/s=>F/f=S/s
Nhận xét: pittông B lớn hơn pittông A bao nhiêu lần thì lực tác dụng lên pittông B lớn hơn pittông A bấy nhiêu lần. Đây được gọi là khả năng khuếch đại lực
A
B
IV, Lực đẩy Ac-si-met
Khái niệm: Nếu bạn từng dùng gầu để múc nước từ giếng lên chắc cũng cảm thấy gầu nước khi ở dưới lòng nước thì kéo nhẹ hơn so với khi lên khỏi mặt nước. Vì thế người ta đã làm thí nghiệm so sánh trọng lượng cuă qủ nặng khi ở ngoài không khí so với khi ở trong chất lỏng. Kết quả cho ta thấy trọng lượng của nặng ở ngoài không khí lớn hơn khi ở trong chất lỏng. Chứng tỏ có 1 lực đã tác dụng vào mặt dưới của vật làm vật bị đẩy lên, lực đó do chất lỏng gây nên được gọi là” Lực đẩy Ac-si-met( Fa)”
Độ lớn của lực đẩy Ac-si-met
Gọi trọng lượng vủa vật ở ngoài không khí là P, trong chất lỏng là P1, ta có: P1=P- Fa=>Fa=P- P1
Gọi P2 là trọng lượng của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ, ta có: P1= P- FaP= P1+Fa mà P= P1+ P2=>Fa=P2
Vậy lực đẩy Ac-si-met có độ lớn bằng trọng lượng chất lỏng mà vật chiếm chỗ
Công thức tính lực đẩy Ac-si-met
Lực đẩy Ac-si-met hình thành do sự chêch lệch giữa áp lực ở mặt trên và mặt dưới vật khi ở trong chất lỏng. Vậy công thức tính lực đấy Ac-si-met là gì? Sau đây chúng ta sẽ đi xây dựng công thức đó bằng cách áp dụng công thức tính áp suất chất lỏng.
Bài làm
Ta cho 1 khối hình hộp có chiều cao h vào trong nước. Gọi h1 là khoảng cách từ mặt trên của hộp tới mặt thoáng của chất lỏng và h2 là khỏng cách từ mặt dưới của hộp tơi mặt thoáng của chất lỏng, ta có: Áp suất chất lỏng tác dụng lên mặt trên của hộp là: p1=h1.d
Áp suất chất lỏng tác dụng lên mặt dưới của hộp là: p2=h2.d
Ta có h2> h1=> p2>p1=> f2>f1 mà như ta đã biết thì lực đâye Ac-si-met chính bằng sự chêch lệch áp lực giữa 2 mặt của hình hộp,=> f2-f1=Fa => Fa=p2.s-p1.s=(p2-p1).s=(d.h2-d.h1).s= d.(h2-h1)s=d.h.s=d.v
Từkết quả trên ta có công thức tính lực đẩy Ac-si-met: Fa=d.v.trong đó:d là trọng lượng riêng của chất lỏng(N/m), v là thể tích của vật ở trong chất lỏng (m), Fa là lực đẩy Ac-si-met tác dụng lên vật(N)
h1
h2
h
V,Sự nổi của vật
Vật ở trong chất ỏng chịu tác dụng của lực đẩy Ac-si-met(Fa) và trọng lực(P)
Khi vật ở trong chất lỏng cò thể xảy ra ba trường hợp với lực đẩyAc-si-met và trọng lực : a,FaVật chuyển động lên trên.b,Fa=P=>Vật lơ lửng trong chất lỏng.c,FaVật chuyển động xuống dưới
B,Một số bài tập thường gặp
I,Tính áp suất chất lỏng trong lòng chất lỏng
Đây là dạng bài cơ bản thường gặp,hầu hết ta chỉ cần áp dụng công thức tính áp suất chất lỏng cơ bản
B�i1:tớnh ỏp su?t t?i d? sõu 10m so v?i m?t nu?c bi?n.Bi?t:ỏp su?t khớ quy?n l�75cm thu? ngõnv� tr?ng lu?ng riờng c?a thu? ngõn l� :136000(N/m)v� c?a nu?c bi?n l�10300(N/m)
Tóm tắt:
d1=36000(N/m)
d2=10300(N/m)
h1=75cm
h2=10m
Lêi gi¶i:
¸p suÊt t¹i ®é s©u h2=10md­íi mÆt n­íc biÓn lµ tæng ¸p suÊt khÝ quyÓn p0 vµ ¸p suÊt do träng l­îng riªng cña n­íc biÓn g©y ra, ta cã:
¸p suÊt cña khÝ quyÓn lµ : p0=dh=10300.0,75=102000(N/m²) ¸p suÊt cña cét n­íc biÓn cã chiÒu cao 10mlµ:
pn=dh=10300.10=103000(N/m²) VËy ¸p suÊt ë ®é cao 10m so víi mÆt n­íc biÓn lµ:p=p0+pn=102000+103000=205000( N/ m²)
®¸p sè : 205000(N/m²)
P=?(N/m²)
Bài 2:Một cái cốc hình trụ đựng nước và huỷ ngân . độ cao của thuỷngân là 4cm , tổng độ cao của chất lỏng là 44cm .Tính áp suất của các chất lỏng lên đáy bình
Tóm tắt:
H=44cm = 0,44m
H2=4cm =0,4m
D1=1g/cm�
=1000kg/m�
D2=13,6g/cm�
=13600kg/m�

P1=?N/m�
P2=?N/m�
Giải:
ADCT:d=10D, ta có :trọng lượng riêng của nước là :d1=1000.10=10000(N/m�)
Trọng lượng riêng của thuỷ ngân là : d2=13600.10=136000(N/m�)
áp suất của cột thuỷ ngân có chiều cao là h2 tác dụng lên thân tàu là:
p2=d2.h2=136000.0,04= 5440(N/m�)
Chiều cao của cột nước là :h1=h-h2=0,44-0,04=0,4(m)
áp suất củacột nước trong cốc là :p1=d1.h1=10000.0,4=4000(N/m�)
Đáp số : p1=4000(N/m�);p2=5440(N/m �)
I,Bài tập liên quan đến bình thông nhau
Với dạng bài này ta thường phải áp dụng phương trình cân bằng áp suất và tất nhiên vẫn phải dùng công thức tính áp suất chất lỏng kết hợp với các phép toán giúp khai triển đẳng thứcnhư chuyển vế ,phân tích .Và phải vẽ hình để phân tích hiện tượng vật lí xảy ra.
I
Bài 1:Bình thông nhau chứa nước biển .Người ta đổ thêm xăng vào một nhánh ,hai mặt thoáng của 2nhánh chênh lệch nhau 18mm.Tính độ cao của cột xăng
Tóm tắt
h=18mm
=0,018m
d1=10300N/m�
d2=7000N/m�
h2=?mm
Bài giải:Xét áp suất tại 2 điểm Avà B cùng nằm trên 1 mặt phẳng nằm ngang (như hìng vẽ).Gọi áp suất tai điểm Avà B lân lượt là:pA và pB.Theo phương trình cân bằng áp suất =>pA=pB(1)
áp suất tại A do cột xăng có chiều cao h2 gây ra là :pA=d2.h2(2)
áp suất tại B do cột nước biển có chiều cao h1gây ra là:pB=d1.h1=d1.(h2-h)=d1.h2-d1.h(3)
Thay (2)(3)vào (1),ta có : pA=pB=>d2.h2=d1.h2-d1h
=>d1.h2-d2.h2=d1.h=>(d1-d2)h2=d1.h
=>h2=

Thay số vào ta có :h2= = 0,056m=56(mm)

Đáp số :56 (mm)
A
B
h2
h
h1
d1.h
d1-d2
10300.0,018
10300-7000
Bài 2:ba ống giống nhau và thông đáy,chứa nước chưa đầy .Đổ thêm vào ống bên trái một cột dầu cao H1 =20cm và đổ vào ống bên phải mọt cột dầu cao H2=10cm.Hỏi mực nước ở ống giữa dâng cao bao nhiêu ?
Tóm tắt :
H1=20cm
H2=10cm
d1=10000N/m�
d2=8000N/m�
h=?m
Giải :Sau khi đổ dầu vao nhánh trái và phải , mực nước trong 3nhánh lần lượt là : h1,h2.h3(như hình vẽ) Và gọi mực nước ban đầu h. Ta có:Xét ba điểm A, B,C cùng nằm trên một mặt phẳng nằm ngang .dựa vào phương trình cân bằng áp suất =>pA=pB=pC
pA=pC=>H1d2+h1d1=h3d1(1)
pB=pC=>H2d2=h2d1=h3d1 (2)
Mặt khác , thể tích nước là không đổi nên ta có hệ thức :h1+h2+h3=3h(3)
Từ (1)(2)(3)=>h=h3-h=d2:3d1(H1+H2)=8cm
A
B
C
H1
h1
h3
H2
h2
III,Bài tập về lực đẩy Ac-si met
Với dạng bài tập này ta nên chú ý tới sự chênh lệch giữa trọng lượng của vật với lực đẩy Ac-si-met .vì không phải bao giò vật cũng ngập hoàn toàn trong nước vì thế ta cần liên hệ nhiều đến sự nổi của vật .
Ngoài ra trong phần này ta cũng cần áp dụng nhiều công thức tính :tính lực đẩy Ac-si-met;tính thể tích của vật; .
Và cần áp dụng các phép toán như phân tích ,chuyển vế giúp ta khai triển các đẳng thức .
Nên vẽ hình để có thể phân tích hiện tượng vật lí xảy ra.


Bài 1:một vật làm bằng kim loại, nếu bỏ vào bình chứa có vạch chia thể tích thì làm cho nước trong bình dâng thêm 100cm�. Nếu treo vật vào một lực kế, lực kế chỉ 7,8N.Tính:a,lực đẩy Ac-si=met tác dụng lên vật.
b,khối lượng riêng của vật .

Tóm tắt:
V=100cm�
=0,0001m �
d=7,8N/m �

Fa=?N
D=?kg/m �
Lời giải :

Độ lớn của lực đẩy Ac-si-met tác dụng lên vật là:Fa=dv=>Fa=10000N/m �.0,0001m �
=1(N)
Vì trọng lượng của vật lớn hơn lực đẩy Ac-si-met tác dụng lên vật =>vật sẽ chìm xuống.
Ta có trọng lượng của vật là:7,8N.Dựa vào công thức :P=10m=>m=P/10 suy ra khối lượng của vật là :m=7,8N:10=0,78(kg)
Khối lượng riêng của vật là:D=m/V
=>D=0,78:1m �=0,78(kg/m �)
Đáp số:a,1(N)
b,0,78(kg/m� )
Bài 2:treo một vật nhỏ vào lực kế đặt ngoài không khí, thấy lưcl kế chỉ F=12N vẫn treo vật như vậy nhưng nhúnh vật trong nước thì lực kế chỉ 7N.Tínhthể tích của vật và khối lượng riêng của nó

Tóm tắt:
F=12N
F`=7N
d=10000 N/m�
V=?m�
D=? N/m�
Số chỉ của lực kế ngoài không khí chính bằng trọng lượng riêng của vật =>P=F=12N
số chỉ của lực kế khi nhúnh vật trong nước là hợp lực giữa trọng lực (P)và lực đẩy Ac-si-met(Fa)=>lực đẩy Ac-si-met tác dụng lên vật có độ lớn bằng:
Fa=P-F`=12N-7N=5N
Vì lực đẩy Ac-si met tác dụng lên vật nhỏ hơn trọng lực =>vật sẽ chìm hoàn toàn trong nước=>thể tích của phần nươc bị vật chếm chỗ cũng là thể tích của vật .Theo công thức: Fa= d.V=> V= Fa/d
=>V=5N:10000N/m�=0,0005(m�)
áp dụng công thức: V=m/D=>D=m/V(1)
Mà ta có công thức : P=10m=>m=p/10=>m=12:10=1,2(kg)(2)
Thay (2) vào (1),ta có : D=1,2kg/0,0005m�=2400kg/m�
đáp số :V=0,0005m�
D=2400kg/m�




Bài 1:1khúc gỗ hình hộp chữ nhật , kích thước đáy là 20.10(cm)dày 5cm. Trọng lượng là P=6N.a,dùng tay ấn khúc gỗ xuống đáy 1chậu nước rồi buông tay ra , khúc gỗ sẽ di chuyển như thế nào ?vì sao?
b,Sau khi có cân bằng ,khúc gỗ ở vị trí có đáy nằm ngang.Tính khoảng cách giữa mặt ưới của khúc gỗ với mặt nước.


Tóm tắt :
S=10.20(cm)
h=5cm
P=6N
D=10000(N/m�)
a,di chuyển như thế nào?
b,h1=?cm
Lêi gi¶i:
a,ThÓ tÝch miÕng gç lµ:
V=Sh=10.20.5=1000(m³)=0,001(m³)
Lùc ®Èy Ac-si-met t¸c dông lªn vËt lµ: Fa=d.V=10000.0,001=10(N)
Ta cã:träng lùc lín h¬n lùc ®Èy Ac-si-met
=>VËt sÏ næi lªn mÆt n­íc.
b,Khi cã c©n b»ng th× lùc ®ÈyAc-si-met t¸c dông lªn vËt b»ng träng lùc t¸c dông lªn vËt .=>Fa’=6N
Dùa vµo c«ng thøc :Fa=d.v =>V=Fa/d
Ta cã thÓ tÝch cña khóc gç ch×m trong n­íc khi cã c©n b»ng lµ :V’=Fa’/d =6N:10000N/m³=6.10⁻⁴m³=6cm³
Kho¶ng c¸ch tõ mÆt d­íi cña khóc gæ tíi mÆt tho¸nh cña n­íc lµ:h1=60:10.10=0,6(cm)
®¸p sè :a, vËt næi ;b,h1=0,6cm



h1
h
VI,bài tập về định luật Pax-can
Như tên gọi , các dạng bài tập này liên quan nhiều đến định luật Pax-can cũng như máy nén thuỷ lực.Như các loại bài tập khác ta cần áp dụng các phép toán từ đơn giản đến khó để làm được các bài tập này.
Bài 1:hai bình hình trụ A,B tiết diện S1,S2 thông nhau và chứa nước được đậy kín bằng hai pittông có khối lượng m1=2kg,m2=3kg.Nếu đặt lên pittông m1 một vật cókhối lượng m=1kg thì mực nước trong bính Athấp hơn mực nước trong bình B là h=10cm.nếu đặt vật m đó lên pittông m2 thì mực nước trong bình B thấp hơn mực nước trong bình A một đoạn cũng bằng 10cm.Tìm tỉ số S1/S2.
Tóm tắt :
m=1kg
m1= 2kg
m2=3kg
h=10cm
S2/S1=?
Giải :
TH1:đặt vật m lên pittông m1
Xét áp suất tại hai điểm Avà B cùng nằm trên 1 mặt phẳng nằm ngang như hình vẽ(h1),ta có:pA=pB.
Mà pA=(m+m1).10:S1và pB=m2.10:S2+d.h
=>(m+m1).10:S1=m2.10:S2+d.h (1)
TH2 :đặt vật m lên pittông m2
Xét hai điểm Cvà D cùng nằm trên một mặt phẳng nằm ngang như hình vẽ (h2),ta có:pC=pD
Mà pC=m1.10:S1+d.h và pD=(m2+m).10:S2 (2)
Từ (1) và(2),ta có
(m+m1).10+m1.10:S1=m2.10+(m2+m).10:S2
=>S2/S1=m2.10+(m2+m).10:(m+m1).10+m1.10
=>S2/S1=2.m2+m:m+2.m1=7/5
Đáp số :S2/S1=7/5


A
B
C
D
Lời nhắn của những người thực hiện chuyên mục tới người đọc
Chúng tôi những người thực hiện chuyên đề rất cam ơn bạn vì đã dành thời gian tham khảo chuyên đề của chúng tôi mong rằng các bạn tìm được câu trả lời cho nhiều vấn đề trong chuyên đề này.
Xin chõn tr?ng cỏm on!