Áp suất chất lỏng - Bình thông nhau

ÁP SUẤT CHẤT LỎNG – BÌNH THÔNG NHAU

A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Sự tồn tại của áp suất trong lòng chất lỏng: Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật trong lòng nó.

Khác với chất rắn, chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương.

2. Công thức tính áp suất chất lỏng:  p = dh

Trong đó: + h là độ sâu tính từ điểm tính áp suất tới mặt thoáng chất lỏng

                 + d là trọng lượng riêng của chất lỏng.

Lưu ý:

- Về đơn vị: + p tính bẳng Pa (N/m²)

                     + d tính bằng N/m³

                     +  h tính bẳng m.

- Công thức này cũng được áp dụng cho một điểm bất kì trong lòng chất lỏng, chiều cao của cột lỏng cũng là độ sâu của điểm đó so với mặt thoáng.  Suy ra: Trong một chất lỏng đứng yên, áp suất tại những điểm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang (có cùng độ sâu h) có độ lớn như nhau. Đây là một đặc điểm quan trọng của áp suất chất lỏng được ứng dụng nhiều trong khoa học và đời sống.

3. Bình thông nhau: Trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên, các mặt thoáng của chất lỏng ở các nhánh khác nhau đều ở cùng một độ cao.
B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI TRONG SÁCH GIÁO KHOA

C1. Các màng cao su biến dạng, điều đó chứng tỏ chất lỏng gây ra áp suất lên đáy bình và thành bình.

C2. Chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương

C3. Chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương lên các vật ở trong lòng nó

C4. Chất lỏng không chỉ gây ra áp suất lên thành bình, mà lên cả đáy bình và các vật ở trong lòng chất lỏng

C5. Mực nước trong bình sẽ ở trạng thái như hình vẽ ở hình 8.6c SGK (mực nước ở hai nhánh bằng nhau)

Kết luận: Trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên, các mực chất lỏng ở các nhánh luôn luôn ở cùng một độ cao.

C6. Khi lặn xuống biển, người thợ lặn phải mặc bộ áo lặn nặng nề, chịu được áp suất lên đến hàng nghìn N/m2 vì lặn sâu dưới lòng biển, áp suất do nước biển gây nên lên đến hàng nghìn N/m², người thợ lặn nếu không mặc áo lặn thì không thể chịu được áp suất này.

C7. Áp suất của nước ở đáy thùng là: p₁ = d.h₁ = 10000.1,2 = 12000N/m²

Áp suất của nước lên điểm cách đáy thùng 0,4m là: p₂ = d.h₂ = 10000.(1,2 – 0,4) = 8000 N/m²

C8. Trong hai ấm vẽ ở hình 8.7 SGK, ấm có vòi cao hơn thì đựng được nhiều nước hơn vì ấm và vòi là bình thông nhau nên mực nước ở ấm và vòi luôn luôn ở cùng một độ cao.

C9. Để biết mực chất lỏng trong bình kín không trong suốt, người ta dựa vào nguyên tắc bình thông nhau: một nhánh làm bằng chất liệu trong suốt (H.8.8 SGK), mực chất lỏng trong bình kín luôn luôn bằng mực chất lỏng mà ta nhìn thấy ở phần trong suốt. Thiết bị này được gọi ống đo mực chất lỏng.

C. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SBT

Bài 8.1.  a.A.   b.D

Bài 8.2. Câu D

Bài 8.3. Trong cùng một chất lỏng, áp suất trong lòng chất lỏng phụ thuộc vào độ sâu của cột chất lỏng so với mặt thoáng. Căn cứ hình 8.3 SBT ta thấy:

p_E < p_C = p_B < p_D < p_A

Bài 8.4.

a. Áp suất tác dụng lên vỏ tàu ngầm giảm, tức là cột nước ở phía trên tàu ngầm giảm. vậy tàu ngầm đã nổi lên.

b. Áp dụng công thức p = d.h, rút ra h = p/d

Độ sâu của tàu ngầm ở thời điểm sau trước: h₁ = p₁/d = 2020000/10300 = 196m

Độ sâu của tàu ngầm ở thời điểm sau là: h₂ = p₂/d = 860000/10300 = 83,5m

Bài 8.5: Hình dạng của tia nước phụ thuộc áp suất mà nước tác dụng vào thành bình tại điểm O. Áp suất đó càng lớn thì tia nước càng vọt ra xa bình.

a. Mực nước hạ dần từ miệng bình tới điểm O thì áp suất tác dụng lên điểm O giảm dần. Vì vậy, tia nước dịch gần về phía bình nước (H.8.4 SBT). Khi mực nước gần sát điểm O, áp suất rất nhỏ, không tạo được tia nước, và nước sẽ chảy dọc theo thành bình xuống đáy bình.

b. Khi đẩy pit – tông từ vị trí A đến vị trí A’, đáy bình được nâng cao đến gần điểm O, nhưng khoảng cách từ O đến miệng bình không thay đổi, và áp suất mà nước tác dụng vào điểm O không thay đổi.

Bài 8.6: h = 18mm; d₁ = 7000N/m³; d₂ = 10300 N/m³

Xét hai điểm A,B trong hai nhánh nằm trong cùng 1 mặt phẳng ngang trùng với mặt phân cách giữa xăng và nước biển.

Ta có: p_A = p_B

Mặt khác: p_A = d₁.h₁; p_B = d₂.h₂

Nên: d₁h₁ = d₂h₂

Theo hình vẽ thì h₂ = h₁ – h

Do đó:

d₁h₁ = d₂(h₁ – h) = d₂h₁ – d₂h

(d₂ – d₁)h₁ = d₂h

h₁ =d₂h/(d₂ – d₁) = 10300.18/(10300 – 7000) = 56mm

Bài 8.7. Chọn C. p_M > p_N > p_Q

Bài 8.8. Chọn C. Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương

Bài 8.9. Chọn D. Chân đê có thể chịu được áp suất lớn hơn nhiều so với mặt đê.

Bài 8.10. Chọn B. giảm