Áp lực và áp suất là những từ ngữ nhìn có vẻ thông dụng trong đời sống và là một phần kiến thức quan trọng trong chương trình học của môn Vật lý. Nhưng liệu bạn đã hiểu rõ một số thông tin cơ bản về áp lực và áp suất hay chưa? Bài viết dưới đây cung cấp một số thông tin cơ bản về áp lực và áp suất có kèm bài tập minh họa có thể giải bằng máy tính cầm tay, cùng theo dõi nhé!
1. Áp lực là gì?
Áp lực là lực tác động vuông góc lên trên diện tích bề mặt của một vật hay lực ép vuông góc với bề mặt chịu lực. Do xác định được phương (vuông góc với bề mặt) và chiều (hướng vào mặt chịu lực) nên khi nói về áp lực, người ta thường chỉ nói về độ lớn (cường độ).
Đơn vị đo lường của áp lực là: Newton (N).
Áp lực là gì?
2. Áp suất là gì?
Áp suất là tỉ số tác dụng của áp lực lên diện tích bị ép. Hiểu đơn giản là lực tác dụng vuông góc trên 1 diện tích là áp suất (diện tích tiếp xúc càng nhỏ thì áp suất càng lớn).
Áp suất là gì?
3. Phân biệt áp lực và áp suất
Áp suất là áp lực trên một đơn vị diện tích và trong thực thực tế thì áp suất có ý nghĩa nhiều hơn áp lực.
Ví dụ bạn để một cục gạch lên bàn có trọng lượng 10 Newton lên mặt bàn. Bạn đã tạo một áp lực 10 Newton lên mặt bàn đó. Nếu để cục gạch nằm, diện tích tiếp xúc của nó với mặt bàn là 2dm²; tạo ra áp suất là 5N/dm². Và nấu để cục gạch đứng, diện tích tiếp xúc của nó với mặt bàn sẽ giảm là 1dm²; và tạo ra một áp suất lớn gấp đôi khi cục gạch nằm là 10N/dm².
Làm thế nào để phân biệt áp lực và áp suất?
4. Áp suất có ở đâu?
Câu trả lời cho áp suất có ở đâu đó chính là áp suất có ở khắp mọi nơi và đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với đời sống của con người.
Nhờ áp suất, người ta có thể để ý và chú trọng những nơi có áp suất quá lớn, quá ngưỡng cho phép vì có nguy cơ gây nổ. Vì vậy, công việc đo và giám sát áp suất cần được chú trọng thường xuyên.
Áp suất có ở đâu?
Áp suất còn được ứng dụng trong nhiều ngành nghề, các thiết bị nhằm phục vụ đời sống con người như: Máy bơm rửa xe, máy bơm bánh xe, máy bơm nước,…
5. Đơn vị của áp suất
Pascal (Pa) là đơn vị đo áp suất trong hệ thống đo lường quốc tế (SI), được đặt theo tên của một nhà toán học và vật lý người Pháp – Blaise Pascal.
1 Pa áp suất được tính bằng áp lực 1 newton tác dụng lên bề mặt có diện tích 1 mét vuông (1 Pa = 1 N/m²).
Đơn vị của áp suất Pascal
Ngoài ra áp suất còn được đo bằng một số đơn vị khác như: Kilopascal (Kpa), Mega Pascal (Mpa), Bar, Atmosphere (atm), Torr, mmHg,…
6. Cách thức đo lường các đơn vị áp suất là gì?
Tính theo hệ mét
Với hệ quy đổi này khi tính toán và quy đổi chúng ta sẽ lấy đơn vị 1 bar làm chuẩn. Từ đó có thể quy đổi ra được các loại đơn vị đo tương ứng khác. Cụ thể một số chuyển đổi ra như sau:
+ 1 bar = 100000 Pa (pascal).
+ 1 bar = 1000 hPa (hectopascal).
+ 1 bar = 100 kPa (kilopascal).
+ 1 bar = 0.1 Mpa (megapascal).
+ 1 bar = 10197.16 kgf/m2.
Tính theo hệ đo lường áp suất
Với hệ quy đổi này khi tính toán và quy đổi chúng ta vẫn sẽ lấy đơn vị 1 bar làm chuẩn, tuy nhiên thì đầu ra của đơn vị sẽ là dạng chuẩn áp suất như sau:
+ 1 bar = 1.02 technical atmosphere.
+ 1 bar = 0.99 atm (physical atmosphere).
Tính theo hệ thủy ngân
Với hệ quy đổi theo hệ thủy ngân này khi tính toán và quy đổi chúng ta vẫn sẽ lấy mốc 1 bar làm chuẩn. Tuy nhiên đầu ra sẽ có dạng thủy ngân, cụ thể như sau:
+ 1 bar = 750 Torr.
+ 1 bar = 750 mmHg (millimetres of mercury).
+ 1 bar = 75 cmHg (centimetres of mercury).
+ 1 bar = 29.5 inHg (inch of mercury).
Tính theo cột nước
Với hệ quy đổi này khi tính toán và quy đổi chúng ta vấn sẽ lấy mốc chuẩn là 1 bar. Từ đó sẽ cho ra được các giá trị cột nước tương ứng với mức áp suất như sau:
+ 1 bar = 1019.7 cm nước.
+ 1 bar = 401.5 inc nước.
+ 1 bar = 10.19 mét nước.
Tính theo hệ chuẩn của Châu Mỹ
Đối với hệ quy chuẩn của Châu Mỹ thì khi tính toán và quy đổi chúng ta vẫn dùng mốc 1 bar làm chuẩn nhưng kết quả sẽ chuyển đến các đơn vị của Châu Mỹ bao gồm:
+ 1 bar = 2088.5 (pound per square foot).
+ 1 bar = 14.5 Psi (pound lực trên inch vuông).
+ 1 bar = 0.0145 Ksi (kilopound lực trên inch vuông).
7. Bảng đổi đơn vị đo áp suất
Chúng ta đã biết rằng ngoài đơn vị đo áp suất Pa thì còn có một số đơn vị khác có thể dùng để đo áp suất. Bảng dưới đây sẽ cung cấp một số đơn vị đo áp suất và độ lên của chúng khi quy đổi về Pa:
| Pascal (Pa) | Bar | Atmosphere kỹ thuật (at) | Atmosphere (atm) | Torr | Pounch trên inch vuông (psi) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 Pa | ≡ 1 N/m2 | 10−5 | 1,0197×10−5 | 9,8692×10−6 | 7,5006×10−3 | 145,04×10−6 |
| 1 bar | 100000 | ≡ 106 /cm2 | 1,0197 | 0,98692 | 750,06 | 14,504 |
| 1 at | 98.066,5 | 0,980665 | ≡ 1 /cm2 | 0,96784 | 735,56 | 14,223 |
| 1 atm | 101.325 | 1,01325 | 1,0332 | ≡ 1 atm | 760 | 14,696 |
| 1 torr | 133,322 | 1,3332×10−3 | 1,3595×10−3 | 1,3158×10−3 | ≡ 1 Torr; ≈ 1 mmHg | 19,337×10−3 |
| 1 psi | 6.894,76 | 68,948×10−3 | 70,307×10−3 | 68,046×10−3 | 51,715 | ≡ 1 lbf/in2 |
8. Công thức tính áp suất
Để tính áp suất, người ta sử dụng công thức sau:
Công thức tính áp suất
Trong đó:
9. Áp suất chất lỏng
Áp suất chất lỏng là gì?
Áp suất chất lỏng là áp suất ở một vài điểm trong chất lỏng như là nước hay không khí.
Công thức áp suất chất lỏng
Người ta tính áp suất chất lỏng bằng công thức sau:
Công thức tính áp suất chất lỏng
Trong đó:
Ứng dụng của áp suất chất lỏng
Theo nguyên lý Pascal thì độ tăng áp suất lên một chất lỏng chưa trong thành bình kín được truyền nguyên vẹn cho mọi điểm của chất lỏng và thành bình. Được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như máy nén thủy lực, máy nâng vật với trọng lượng lớn, phanh thủy lực,…
10. Áp suất chất rắn
Khái niệm
Áp suất chất rắn là áp lực mà chất rắn tác dụng lên bề mặt đơn vị diện tích.
Công thức
Công thức tính áp suất chất rắn
Trong đó:
11. Áp suất tuyệt đối
Khái niệm
Áp suất tuyệt đối là dạng tổng áp suất gây ra bởi toàn bộ khí quyển vào cột chất lỏng tác dụng lên điểm ở trong chất lỏng. Nói cách khác, đây là áp suất tiêu chuẩn so với môi trường chân không 100%.
Công thức
Trong đó:
12. Áp suất dư
Khái niệm
Áp suất dư còn có tên gọi khác là áp suất tương đối, được hiểu là áp suất ở một điểm trong chất lỏng và chất khí. Người ta thường dùng áp suất ở khí quyển xung quanh làm mốc đo.
Công thức
Trong đó:
13. Áp suất thẩm thấu
Khái niệm
Áp suất thẩm thấu là hiện tượng dung môi thẩm thấu sang dung dịch khác thông qua màng bán kết.
Công thức
Trong đó:
14. Công thức tính áp suất thủy tĩnh
Khái niệm
Áp suất thủy tĩnh là áp lực được tính khi mực chất lỏng ở mức cân bằng không có dao động.
Công thức
Trong đó:
+ P: Áp suất thủy tĩnh.
+ Pa: Áp suất khí quyển.
+ H: Chiều cao từ đáy lên mặt tĩnh của chất lỏng.
+ pg: Khối lượng riêng mặc định của một đơn vị chất lỏng.
15. Một số cách điều chỉnh áp suất
Dựa theo các đặc tính của áp suất, nếu muốn tăng hay giảm áp suất, chúng ta có thể thực hiện một số cách dưới đây.
Cách để làm tăng áp suất
+ Tăng lực tác động và giữ nguyên diện tích bị ép.
+ Tăng áp lực và giảm diện tích bị ép.
+ Giữ nguyên áp lực và giảm diện tích bị ép.
Cách để giảm áp suất
+ Giảm lực tác động và tăng diện tích bề mặt bị nén.
+ Giữ nguyên lực tác động và tăng diện tích bề mặt nén.
+ Giảm áp lực đồng thời giữ nguyên diện tích bị ép.
16. Một số áp suất có thể bạn chưa biết
Dưới đây là một số loại áp suất mà bạn có thể chưa biết:
+ Áp suất ở tâm Mặt Trời: 2.1016 Pa.
+ Áp suất ở têm Trái Đất: 4.1011 Pa.
+ Áp suất dưới đáy biển ở chỗ sâu nhất: 1,1.108 Pa.
+ Áp suất không khí trong lốp xe ô tô: 4.105 Pa.
+ Áp suất khí quyển ở mức mặt biển: 1.105 Pa.
+ Áp suất bình thường của máu: 1.6.104 Pa.
17. Các thiết bị đo cảm áp suất phổ biến
Đồng hồ đo áp suất
Đồng hồ đo áp suất là thiết bị đo áp suất dựa trên các yếu tố cơ học và thông thường có 6 bộ phận chính. Dựa vào nguyên lý giãn nở của ống bourdon gắn trong bộ chuyển động mà đồng hồ đo áp suất sẽ hiển thị áp suất theo mức độ giãn nở của loại ống này.
Đồng hồ đo áp suất
Cảm biến đo áp suất
Cảm biến đo áp suất là thiết bị đo áp suất dựa trên trên một loại cảm biến. Khi sử dụng thiết bị này ta phải kèm theo mộ bộ hiển thị hoặc lập trình thì mới đọc được kết quả áp suất từ nó. Cảm biến đo áp suất có cấu tạo gồm 2 bộ phận chính.
Cảm biến đo áp suất
Cảm biến đo áp suất có mặt hiển thị đồng hồ điện tử
Cảm biến đo áp suất có mặt hiển thị đồng hồ điện tử là thiết bị đo áp suất có hiển thị điện tử. Đây là cảm biến áp suất ở dạng điện tử có độ chính xác cao đồng thời đóng vai trò là một cảm biến đo áp suất truyền tín hiệu Analog 4-20mA về PLC điều khiển động cơ.
Cảm biến đo áp suất có mặt hiển thị đồng hồ điện tử
18. Bài tập vận dụng áp suất Vật lý có đáp án
Câu 1: Dựa vào nguyên tắc nào để làm tăng, giảm áp suất? Nêu những ví dụ về việc làm tăng, giảm áp suất trong thực tế.
Đáp án:
+ Từ công thức p = F/S. Ta thấy, để tăng áp suất thì ta phải tăng áp lực và giảm diện tích bị ép.
+ Ví dụ: Lưỡi dao, lưỡi kéo thường mài sắc, mũi đinh thường rất nhọn để giảm diện tích bị ép.
Câu 2: Một xe tăng có trọng lượng 340 000 N. Tính áp suất của xe tăng lên bề mặt đường nằm ngang, biết rằng diện tích tiếp xúc của các bản xích với đất là 1,5 m². Hãy so sánh áp suất đó với áp suất của 1 ô tô nặng 2000 N có diện tích các bánh xe tiếp xúc với mặt đất nằm ngang là 250 cm².
Đáp án:
Đáp án câu 2
19. Ứng dụng, vai trò của áp suất vào đời sống
Áp suất có ứng dụng, vai trò vô cùng quan trọng trong nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác nhau. Áp suất có mặt tại các cơ sở phục vụ cho con người như: Trường học, bệnh viện, máy bay,… và có cả trong chính cơ thể con người. Đóng vai trò quan trọng không thể thiếu trong các thiết bị máy móc như: Máy nén khí cao cấp, máy bơm rửa xe,…
Máy bơm rửa xe
Xem thêm
