Khối lượng riêng và áp suất
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| density/ˈdensɪti/ | mật độ |
| pressure/ˈpreʃə/ | Áp suất |
| upthrust/ˈʌpθrʌst/ | lực đẩy |
| atmospheric pressure/ˌætməsˈferɪk ˈpreʃə/ | Áp suất khí quyển |
| submerged/səbˈmɜːdʒd/ | ngâm |
| Archimedes' principle/ˌɑːkɪˈmiːdiːz ˈprɪnsɪpl/ | nguyên lý Archimedes |
| displaced/dɪˈspleɪst/ | thoát ra |
Tại sao tàu thép lại nổi
- Một chiếc đinh thép đặc chìm, nhưng một con tàu thép khổng lồ lại nổi.
- Hình dạng của tàu đẩy ra một lượng lớn nước — và nước đẩy ngược lại.
- Để giải thích điều này, chúng ta cần mật độ, áp suất và lực nâng.
Mật độ
- Mật độ là khối lượng trên đơn vị thể tích: $\rho = \dfrac{m}{V}$, đơn vị $\dfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$.
- Giá trị cần nhớ: nước $1000$, không khí $\approx 1.2$, thép $\approx 7800\ \dfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$.
Một barometer aneroid chính xác đo áp suất khí quyển
Áp suất theo độ sâu
p = ρg·h
Áp suất tỷ lệ thuận với độ sâu — hệ số góc là ρg.
Một khối có khối lượng $5.0\ \text{kg}$ và thể tích $0.0020\ \text{m}^3$. Khối lượng riêng của nó là bao nhiêu?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$\rho = \dfrac{m}{V} = \dfrac{5.0}{0.0020} = 2500\ \dfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$.
Áp suất
- Áp suất là lực trên đơn vị diện tích, vuông góc với bề mặt: $p = \dfrac{F}{A}$.
- Đơn vị: $\text{Pa} = \dfrac{\text{N}}{\text{m}^2}$.
Một tảng băng trôi nổi với phần lớn thể tích bị che khuất: băng có mật độ nhỏ hơn nước một chút
Áp suất là lực trên mỗi đơn vị ____ (tác dụng vuông góc với bề mặt).
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$p = \dfrac{F}{A}$, đo bằng $\text{Pa} = \dfrac{\text{N}}{\text{m}^2}$.
Áp suất trong chất lỏng
- Áp suất phụ thêm tại độ sâu là $\Delta p = \rho g \Delta h$.
- Nó chỉ phụ thuộc vào mật độ và độ sâu — không phụ thuộc vào hình dạng bình chứa.
- Đối với áp suất tổng, cộng thêm áp suất khí quyển ($\approx 1.0 \times 10^{5}\ \text{Pa}$).
Một cột chất lỏng có tiết diện $A$: trọng lượng của nó tạo ra áp suất phụ ở độ sâu bên dưới
Áp suất tăng thêm tại một độ sâu trong chất lỏng phụ thuộc vào:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\Delta p = \rho g \Delta h$ — chỉ khối lượng riêng và độ sâu mới quan trọng; hình dạng bình chứa không ảnh hưởng.
Nối mỗi thuật ngữ với định nghĩa mà người chấm bài đánh dấu.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Định nghĩa áp suất đi kèm cụm từ "vuông góc". Bỏ qua cụm này sẽ bị trừ điểm dù công thức giống nhau.
Nguồn gốc của lực nâng
- Áp suất lớn hơn ở phía dưới của vật nhúng so với phía trên.
- Sự chênh lệch đó tạo thành một lực hướng lên tổng hợp — lực nâng.
Nguyên lý Archimedes
- Lực nâng $= \rho_{\text{fluid}}\, g\, V$, trong đó $V$ là thể tích chất lỏng bị đẩy ra.
- Nói theo lời văn: lực nâng bằng trọng lượng của chất lỏng bị đẩy ra.
- Một vật nổi khi lực nâng này bằng trọng lượng của vật.
Nguyên lý Archimedes: lực nâng bằng trọng lượng của phần chất lỏng đã ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Lực nâng $= \rho g V$, trong đó $V$ là thể tích phần chất lỏng bị đẩy ra — trọng lượng của phần chất lỏng bị đẩy sang một bên.
Một khối có thể tích $0.0020\ \text{m}^3$ chìm hoàn toàn trong nước ($\rho = 1000\ \dfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 9.81\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$). Lực nâng là bao nhiêu?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Lực nâng $= \rho g V = 1000 \times 9.81 \times 0.0020 \approx 19.6\ \text{N}$.
Cân nặng trong chất lưu
- Một khối nhúng trên lực kế đọc số thấp hơn trọng lượng thực: giá trị đọc $= W - \text{upthrust}$.
- Đó là lý do vì sao những vật nặng cảm thấy nhẹ hơn dưới nước.
Một vật nổi sẽ đẩy ra một lượng chất lỏng có trọng lượng bằng chính trọng lượng của vật.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Có — vật sẽ chìm cho đến khi lực nâng (trọng lượng phần chất lỏng bị đẩy ra) bằng trọng lượng của chính nó, sau đó nổi lên.
Ví dụ tính toán: nổi và chìm
- Một khối có thể tích $2.0\times10^{-3}\ \text{m}^3$ và khối lượng $1.6\ \text{kg}$ được nhúng hoàn toàn trong nước ($\rho = 1000\ \text{kg/m}^3$). Tìm lực nâng và lực hợp tác dụng lên nó.
- Lực nâng là trọng lượng của chất lỏng bị đẩy ra: $U = \rho_{\text{fluid}} V g = 1000 \times 2.0\times10^{-3} \times 9.81 = 19.6\ \text{N}$.
- Trọng lượng riêng của khối là $mg = 1.6 \times 9.81 = 15.7\ \text{N}$.
- Lực hợp: $19.6 - 15.7 = 3.9\ \text{N}$ hướng lên, nên khối sẽ nổi lên và sau đó nổi.
- Lưu ý xem mỗi đại lượng sử dụng mật độ của ai. Lực nâng sử dụng mật độ của chất lưu và thể tích bị đẩy ra; trọng lượng sử dụng khối lượng của khối. Thay thế trọng lượng của khối vào công thức tính lực nâng là lỗi sai phổ biến.
Điểm số dễ mất
- Lực nâng là trọng lượng của chất lỏng bị đẩy ra, $\rho_{\text{fluid}} V g$. Nó không phải là trọng lượng của vật.
- Một vật nổi đẩy ra trọng lượng của chính nó chất lỏng; một vật nhúng hoàn toàn đẩy ra thể tích của chính nó. Hãy đọc kỹ xem đề bài mô tả trường hợp nào.
- Áp suất là lực trên đơn vị diện tích với lực vuông góc với bề mặt. Phần vuông góc được đánh dấu rõ ràng.
- Áp suất thủy tĩnh $p = \rho g h$ phụ thuộc vào độ sâu, không phụ thuộc vào hình dạng hay chiều rộng của bình chứa, và $h$ được đo từ bề mặt đi xuống.
- Mật độ là khối lượng trên đơn vị thể tích. Kiểm tra đơn vị: một thể tích trong $\text{cm}^3$ kết hợp với khối lượng trong kg sẽ cho kết quả sai lệch $10^6$.
Một khối có thể tích 2.0e-3 m^3 chìm hoàn toàn trong nước có khối lượng riêng 1000 kg/m^3. Lực nâng tác dụng lên nó là bao nhiêu, tính bằng N? (g = 9.81 m/s^2)
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
U = rho_fluid V g = 1000 x 2.0e-3 x 9.81 = 19.6 N. Khối lượng của bản thân khối không tham gia vào tính lực nâng; nó chỉ quyết định liệu khối có nổi hay chìm.
Áp suất thủy tĩnh tại một điểm trong chất lỏng phụ thuộc vào yếu tố nào? Chọn tất cả các đáp án đúng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Công thức p = rho g h không chứa diện tích hay hình dạng. Một ống hẹp và một bể rộng đều tạo ra cùng một áp suất ở cùng một độ sâu, điều này thường gây ngạc nhiên.
Sắp xếp các bước trong phương pháp xác định xem một vật chìm có nổi lên hay không.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
Mỗi đại lượng sử dụng thuộc tính của một vật khác nhau: khối lượng riêng của chất lỏng cho lực nâng, khối lượng của vật cho trọng lượng.
Bạn đã nắm vững
- density $\rho = \dfrac{m}{V}$; pressure $p = \dfrac{F}{A}$
- áp suất trong chất lỏng: $\Delta p = \rho g \Delta h$ — chỉ phụ định bởi mật độ và độ sâu
- lực nâng $= \rho g V$ = trọng lượng của chất lỏng bị đẩy ra (Archimedes)