Áp suất chất lỏng có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp sản xuất, công nghiệp chế tạo, y học... Nếu các bạn còn băn khoăn về loại áp suất này thì hãy cùng VietChem tìm hiểu chi tiết qua nội dung sau đây.

1. Áp suất chất lỏng là gì?

Áp suất chất lỏng là lực tác động của bề mặt chất lỏng trên một đơn vị diện tích. Cách tính áp suất này phụ thuộc vào diện tích bề mặt và cách chia lực tác động lên bề mặt đó.

Khả năng truyền áp suất của chất lỏng khá đa dạng. Trong đó điển hình nhất là bề mặt chứa chất lỏng, vật thể nằm bên trong và chất lỏng của chính nó.

Tìm hiểu về áp suất chất lỏng

2. Đơn vị đo áp suất chất lỏng

Tùy thuộc vào hệ đo lường được sử dụng mà đơn vị đo áp suất chất lỏng sẽ có sự khác biệt. Dưới đây là một số đơn vị phổ biến hiện nay như:

• Psi: Đơn vị này được tính là áp suất tác động lên diện tích 1 inch vuông với 1 pound lực. Chúng thuộc hệ đo lường Anh – Mỹ.
• Bar: Được dùng nhiều trong ngành địa chất và công nghiệp. Trong đó, 1 Bar tương đương với áp suất của cột nước có chiều cao khoảng 10 mét. Đơn vị này không nằm trong hệ đo lường SI.
• Torr: Dùng trong y tế và các ứng dụng khoa học. Trong đó, 1 Torr tương ứng với áp suất của cột thủy ngân có chiều cao khoảng 1mm. Chúng không thuộc hệ đo lường SI.

• Pascal: Đây chính là áp suất tác động lên một diện tích rộng 1m2 với 1N. Chúng là đơn vị cơ bản trong hệ đo lường SI về áp suất.

3. Yếu tố nào ảnh hưởng đến áp suất chất lỏng?

Áp suất chất lỏng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Bao gồm:

• Mật độ chất lỏng tăng lên làm cho áp suất tăng theo. Nguyên nhân là do số lượng phân tử tăng lên trong mỗi đơn vị thể tích.
• Chiều cao chất lỏng tăng kéo theo áp suất chất lỏng cũng tăng.
• Nhiệt độ tăng làm cho chất lỏng giãn nở. Khi đó, áp suất sẽ tăng theo.
• Áp suất chịu ảnh hưởng của bề mặt tiếp xúc giữa vật thể và chất lỏng.
• Tùy theo tính chất, loại chất lỏng mà áp suất sẽ có sự chênh lệch đáng kể.

4. Công thức tính áp suất chất lỏng

Áp suất chất lỏng công thức như sau: P = d.h

Trong đó: 

p là áp suất chất lỏng:

• Đây là đại lượng chúng ta cần tìm.
• Đơn vị: Đơn vị chuẩn trong hệ SI là Pascal (Pa), trong đó 1 Pa=1 N/m2.
• Trong thực tế, người ta còn dùng các đơn vị khác như bar, atm, psi.
• 1 bar=100,000 Pa
• 1 atm≈101,325 Pa≈1.013 bar

d là trọng lượng riêng của chất lỏng:

• Đây là trọng lượng của một mét khối (1 m3) chất lỏng đó.
• Đơn vị: N/m3.
• Lưu ý: Trọng lượng riêng (d) liên hệ với khối lượng riêng (D) qua công thức d=10⋅D. Ví dụ, nước có khối lượng riêng là 1000 kg/m3 thì trọng lượng riêng sẽ là 10,000 N/m3.

h là độ sâu của điểm cần tính áp suất:

• Đây là khoảng cách thẳng đứng từ điểm đó lên đến mặt thoáng của chất lỏng.
• Đơn vị: mét (m).

Lưu ý: Nhiều người nhầm h là chiều cao từ đáy bình lên điểm đó. Hãy nhớ, h luôn được tính từ trên xuống.

Với công thức trên có thể áp dụng vào cách tính áp suất chất lỏng trong nhiều trường hợp khác nhau.  Bao gồm: Bồn chứa, đường ống, bể chứa, đập thủy điện…

Công thức tính áp suất chất lỏng

5. Thí nghiệm thực tế: Minh họa trực quan về áp suất

Dưới đây VIETCHEM sẽ hướng dẫn bạn làm 1 thí nghiệm trực quan  đơn giản ngay tại nhà

Chuẩn bị: Một chai nhựa lớn (loại 1.5L), băng dính, nước.

Thực hiện:

• Dùng một vật nhọn đục 3 lỗ nhỏ trên thân chai ở 3 độ cao khác nhau: gần đáy, ở giữa và gần miệng.
• Dùng băng dính bịt tạm các lỗ lại.
• Đổ đầy nước vào chai và đặt chai ở mép chậu hoặc bồn rửa.
• Tháo đồng thời các miếng băng dính và quan sát.

Kết quả: Bạn sẽ thấy tia nước ở lỗ thấp nhất bắn ra xa nhất, tia nước ở lỗ giữa bắn ra gần hơn và tia nước ở lỗ trên cùng bắn ra gần nhất.

Giải thích sâu: Điều này chứng minh rằng áp suất chất lỏng tăng dần theo độ sâu. Lỗ càng sâu (h càng lớn) thì áp suất (p) càng lớn, đẩy tia nước đi càng xa.

6. Ứng dụng của áp suất chất lỏng

Hiểu rõ về áp suất chất lỏng là gì và những yếu tố ảnh hưởng sẽ giúp vận dụng ứng dụng của vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Bao gồm:

• Ứng dụng để điều khiển hệ thống thủy lực trong các thiết bị hay máy móc công nghiệp.
• Ứng dụng sản xuất các loại thiết bị đo áp suất. Điển hình như: Cảm biến áp suất, bơm đo áp suất, đồng hồ đo áp suất…
• Ứng dụng để giám sát, kiểm soát quá trình sản xuất dược phẩm, thực phẩm. Bao gồm: Chưng cất, nấu chín, làm mát, sấy khô…
• Ứng dụng trong việc giám sát, đo đạc để khai thác than và dầu khí có hiệu quả.
• Ứng dụng để sản xuất bộ phận điều khiển, hệ thống dẫn động trong một số phương tiện. Trong đó chủ yếu là tàu thủy, máy bay, ô tô…
• Trong y tế, áp suất chất lỏng giúp bác sĩ theo dõi chức năng thận của người bệnh, đo áp suất máu.
• Ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học: Sinh học, vật lý, hóa học,…

Áp suất chất lỏng có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

7. Một số bài tập liên quan đến áp suất chất lỏng 

Từ những kiến thức lý thuyết kể trên có thể áp dụng để làm bài tập về áp suất chất lỏng dưới đây.

Bài tập 1: Một thùng đựng đầy nước hình trụ cao 1,5m. Biết 10.000 N/m3 là trọng nước riêng của nước thì áp suất là bao nhiêu khi tác động lên đáy thùng?

Cách làm: Áp suất của nước lên đáy thùng là: P = d.h = 10000 x 1,5 = 15000 Pa.

Bài tập 2: Một thùng cao 1,7m hình trụ. 10.300 N//m3 là trọng nước riêng của nước biển. Khi đó, hãy tính áp suất của nước biển gây ra tại điểm A cách đáy thùng 80cm. 

Cách làm: Khoảng cách từ điểm A đến mặt thoáng của nước biển là: 

H = 1,7 – 0,8 = 0,9m

Khi đó áp suất do nước biển gây ra tại điểm A: P = d.h = 10300 x 0,9 = 92700 Pa.

Bài tập 3: Một quả cầu bằng đồng được móc vào lực kế. Nhúng chìm quả cầu đó vào nước thì lực kế là bao nhiêu. Biết trước đó lực kế ngoài không khí là 1,78N, trọng lượng riêng của nước và của đồng lần lượt là 10000 N/m3 – 89000 N/m3.

Cách làm: Chỉ số hiển thị của lực kế chính là trọng lượng của vật. 

Ta có: P = V.d  → V = P/d = 1,78/89000 = 2.10-5.

F = V.d(nước) = 2.10-5 x 10000 = 0,2N

Vậy lực kế khi nhúng chìm quả cầu đó xuống nước sẽ là: F = 1,78 – 0,2 = 1,58N.

Áp suất chất lỏng là một phần quan trọng trong chiến lược phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa toàn cầu. Hy vọng những chia sẻ của VietChem sẽ giúp các bạn có cái nhìn tổng quan hơn về loại áp suất này cũng như những ứng dụng hiệu quả vào cuộc sống.

8. Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ)

Câu 1: Áp suất chất lỏng có phụ thuộc vào hình dạng của bình chứa không?

VIETCHEM trả lời: Không. Áp suất tại một độ sâu nhất định chỉ phụ thuộc vào chính độ sâu đó và trọng lượng riêng của chất lỏng, hoàn toàn không liên quan đến việc bình chứa to hay nhỏ, rộng hay hẹp.

Câu 2: Đơn vị chính xác của áp suất chất lỏng là gì?

VIETCHEM trả lời: Đơn vị chuẩn trong hệ thống đo lường quốc tế (SI) là Pascal (Pa). Tuy nhiên, trong kỹ thuật và đời sống, các đơn vị như bar, atm, psi cũng rất phổ biến.

Câu 3: Làm thế nào để tính tổng áp suất tác dụng lên một vật dưới đáy biển?

VIETCHEM trả lời: Áp suất tổng cộng tác dụng lên vật sẽ bằng áp suất do cột nước biển gây ra cộng với áp suất khí quyển trên mặt biển. 

Công thức là: p( tổng ) = p ( khí quyển )​+ d⋅h

• Tài liệu tham khảo:
1. Sách giáo khoa Vật lý 8, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam.
2. Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2013). Fundamentals of Physics. Wiley.