Áp suất trong chất lỏng SVIP

1. Sự truyền áp suất của chất lỏng

➤ Khảo sát sự tồn tại áp suất của chất lỏng

Dụng cụ:

• Một ống trụ thủy tinh hở hai đầu 
• Đĩa nhựa D hình tròn (đường kính lớn hơn đường kính ống trụ)
• Dây buộc ở giữa đĩa
• Chậu thủy tinh
• Nước

Cách tiến hành

• Ban đầu, ta dùng dây kéo đĩa nhựa lên để đĩa áp sát và đáy của ống trụ.
• Nhấn ống trụ cùng với đĩa nhựa vào sâu trong nước rồi buông tay không kéo sợi dây nữa.
• Xoay ống trụ theo các hướng khác nhau.

Hãy quan sát vị trí của đĩa nhựa so với vị trí của ống trụ trong các trường hợp trên.

➤ Tìm hiểu sự truyền áp suất của chất lỏng

Một bình chứa chất lỏng được nối với 3 áp kế P₁, P₂, P₃ (áp kế là dụng cụ để đo áp suất)

• Ban đầu, các áp kế đều chỉ giá trị nào đó.
• Khi tác dụng áp lực $F$ vào pit-tông A, áp lực này tạo ra áp suất lên chất lỏng và áp suất này được truyền đến các áp kế. Các áp kế chỉ độ tăng áp suất bằng nhau.

➤ Tìm hiểu sự truyền áp suất của chất lỏng qua một số ví dụ trong thực tế

Tính chất truyền áp suất nguyên vẹn theo mọi hướng của chất lỏng là cơ sở cho hoạt động của hệ thống phanh, máy thủy lực,...

• Trong hệ thống phanh của ô tô, người ta dùng chất lỏng là dầu (còn gọi là dầu phanh) để truyền áp suất. Khi đạp vào chân phanh, pit-tông sẽ nén chất lỏng, tạo nên áp suất truyền nguyên vẹn đến hệ thống phanh của các bánh xe, đảm bảo an toàn cho xe. 

•  Máy thủy lực có cấu tạo gồm hai xilanh được nối thông với nhau, bên trong hai xilanh có chứa đầy chất lỏng (thường là dầu). Hai xilanh được đậy kín bằng hai pit-tông: pit-tông nhỏ có tiết diện $s$, pit-tông lớn có tiết diện $S$. Khi tác dụng một lực $f$ lên pit-tông nhỏ, lực này gây áp suất \(p=\dfrac{f}{s}\) lên chất lỏng. Áp suất này được chất lỏng truyền nguyên vẹn tới pit-tông lớn và gây nên lực nâng $F$ lên pit-tông lớn.

\(F=p.S=\dfrac{f.S}{s}\)

Suy ra \(\dfrac{F}{f}=\dfrac{S}{s}\)

Như vậy, tiết diện $S$ lớn hơn tiết diện $s$ bao nhiêu lần thì lực $F$ sẽ lớn hơn lực $f$ bấy nhiêu lần. Nhờ đó, ta có thể dùng một lực nhỏ để nâng một chiếc ô tô lên cao.

2. Định luật Archimedes

➤ Thí nghiệm khảo sát lực đẩy Archimedes

Chuẩn bị:

• Lực kế
• Giá đỡ
• Cốc nhựa A và cốc đong B
• Bình tràn
• Các vật rắn C đặc hình trụ bằng kim loại có thể tích khác nhau
• Móc treo
• Nước, nước muối, rượu

Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Treo lực kế vào giá đỡ. Gắn một vật C và cốc A (chứa đựng nước) vào đầu dưới của lực kế. Đọc số chỉ \(P_1\) của lực kế.

Bước 2: Đổ nước vào sát miệng bình tràn. Nhúng vật vào bình tràn sao cho vật ngập trong nước. Đọc số chỉ \(P_2\) của lực kế. Đo thể tích phần nước tràn ra ngoài bằng cốc đong B.

Bước 3: Đổ nước từ cốc B vào cốc A. Đọc số chỉ \(P_3\) của lực kế. Như vậy, trọng lượng nước thêm vào cốc A là \(P_N=P_3-P_2\).

Bước 4: Thay vật C bằng các vật khác có thể tích bằng nhau. Lặp lại các bước 1, 2, 3 và ghi kết quả vào bảng sau.

Bước 5: Chọn vật C cố định và lặp lại các bước 1, 2, 3 với một chất lỏng có khối lượng riêng khác nước (rượu, nước muối). Ghi lại kết quả vào bảng sau.

3. Điều kiện về vật nổi, vật chìm

➤ Thí nghiệm khảo sát điều kiện về vật nổi, chìm trong chất lỏng

Chuẩn bị:

• Cốc thủy tinh
• Quả trứng (tươi)
• Nước
• Muối ăn
• Thìa

Tiến hành thí nghiệm:

• Đổ khoảng 200 mL vào cốc, sau đó thả quả trứng vào. Ban đầu quả trứng chìm xuống đáy cốc.

• Hòa tan từ từ vài thìa muối (khoảng 4 - 5 thìa muối) vào cốc nước, cho đến khi quả trứng bắt đầu lơ lửng trong nước muối.

• Tiếp tục hòa tan thêm vài thìa muối vào cốc, cho đến khi quả trứng nổi một phần lên trên mặt thoáng của nước muối.

1. Áp suất tác dụng vào chất lỏng sẽ được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.

2. Nếu đưa một vật vào trong chất lỏng thì chất lỏng tác dụng lực đẩy, gọi là lực đẩy Archimedes. Lực này có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên, độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ.

3. Gọi \(F_A\) là lực đẩy Archimedes, \(P_V\) là trọng lượng của vật, \(D_V\) là khối lượng riêng của vật, \(D_O\) là khối lượng riêng của chất lỏng. Một vật được nhúng trong chất lỏng thì:

• Vật nổi lên khi: \(F_A>P_V\) hay: \(D_O>D_V\).
• Vật chìm xuống khi: \(F_A< P_V\) hay: \(D_O< D_V\).
• Vật lơ lửng trong chất lỏng khi: \(F_A=P_V\) hay: \(D_O=D_V\).