PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

I – Áp suất chất lỏng

1. Tác dụng của áp suất chất lỏng lên vật đặt trong nó

Khi nhúng một bình hình trụ (có đáy C và các lỗ A, B ở thành bình được bịt bằng màng cao su mỏng) vào nước, ta quan sát thấy:

• Tất cả các màng cao su ở cả thành bình lẫn đáy bình đều bị biến dạng (móp vào phía trong) → chứng tỏ chất lỏng gây áp suất lên vật theo mọi phương.
• Ở cùng độ sâu, khi di chuyển bình đến các vị trí khác nhau, màng cao su biến dạng như nhau → áp suất chất lỏng tại cùng một độ sâu là không đổi.
• Khi nhúng bình sâu hơn, màng cao su biến dạng nhiều hơn → càng sâu, áp suất chất lỏng càng lớn.

Kết luận: Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên các vật ở trong lòng nó. Vật càng ở sâu trong lòng chất lỏng thì chịu áp suất chất lỏng càng lớn.

Câu hỏi củng cố:

Điều nào sau đây đúng khi nói về áp suất chất lỏng?

A. Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương. ✓

B. Áp suất tác dụng lên thành bình không phụ thuộc diện tích bị ép.

C. Áp suất tỉ lệ nghịch với độ sâu.

D. Cùng độ sâu thì áp suất như nhau trong mọi chất lỏng khác nhau.

Đáp án: A. Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương (lên đáy, thành bình và các vật trong lòng nó). B sai vì áp suất chất lỏng phụ thuộc vào độ sâu, không phụ thuộc diện tích bị ép. C sai vì áp suất tỉ lệ thuận (không phải nghịch) với độ sâu. D sai vì cùng độ sâu, các chất lỏng khác nhau có khối lượng riêng khác nhau nên áp suất cũng khác nhau.

Công thức tính áp suất chất lỏng:

$$p = d \times h$$

Trong đó:

• $p$: áp suất chất lỏng (Pa hoặc N/m²)
• $d$: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m³); $d = 10 \times D$
• $h$: độ sâu tính từ mặt thoáng đến điểm cần tính áp suất (m)

2. Sự truyền áp suất chất lỏng (Định luật Pascal)

Qua thí nghiệm với hai pít-tông có tiết diện khác nhau nối thông qua ống chất lỏng, nhà bác học Pascal đã tìm ra tính chất quan trọng:

Định luật Pascal: Áp suất tác dụng vào chất lỏng sẽ được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.

Ứng dụng – Máy nén thuỷ lực:

Khi tác dụng lực $f$ lên pít-tông nhỏ (diện tích $s$), áp suất $p = \dfrac{f}{s}$ được chất lỏng truyền nguyên vẹn đến pít-tông lớn (diện tích $S$), tạo ra lực nâng $F$:

$$p = \frac{f}{s} = \frac{F}{S} \quad \Rightarrow \quad \frac{F}{f} = \frac{S}{s}$$

Diện tích $S$ lớn hơn $s$ bao nhiêu lần thì lực $F$ lớn hơn $f$ bấy nhiêu lần. Nhờ đó tác dụng lực nhỏ vào pít-tông nhỏ có thể nâng được vật nặng trên pít-tông lớn.

(Note ảnh: Hình 16.5 – Sơ đồ nguyên lí máy nén thuỷ lực)

Câu hỏi củng cố:

Điều nào sau đây sai khi nói về áp suất chất lỏng?

A. Chất lỏng gây áp suất theo mọi hướng.

B. Áp suất tác dụng lên thành bình phụ thuộc diện tích bị ép.

C. Áp suất tỉ lệ thuận với độ sâu.

D. Áp suất tại những điểm trên cùng một mặt phẳng ngang trong chất lỏng đứng yên là khác nhau.

Đáp án: D. Trong chất lỏng đứng yên, các điểm trên cùng một mặt phẳng ngang (cùng độ sâu) có áp suất bằng nhau, không phải khác nhau.

II – Áp suất khí quyển

1. Sự tồn tại của áp suất khí quyển

Bao bọc quanh Trái Đất là lớp không khí dày tới hàng nghìn kilômét, gọi là khí quyển. Con người và mọi sinh vật đều sống dưới đáy tầng khí quyển này.

Áp suất khí quyển là áp suất do lớp không khí bao quanh Trái Đất tác dụng lên mọi vật trên Trái Đất. Áp suất khí quyển tác dụng theo mọi phương.

Thí nghiệm chứng minh:

• Thí nghiệm cốc nước úp ngược: Rót đầy nước vào cốc, đậy tấm nylon cứng rồi úp ngược cốc → tấm nylon không rơi, nước không chảy ra. Vì áp suất khí quyển từ phía dưới tác dụng lên tấm nylon lớn hơn áp suất nước trong cốc.

• Thí nghiệm ống thuỷ tinh: Nhúng ống thuỷ tinh hở hai đầu vào nước, bịt đầu trên rồi kéo ra → nước không chảy ra dù nghiêng ống theo bất kì phương nào. Vì áp suất khí quyển tác dụng từ phía dưới theo mọi phương giữ nước trong ống.

Lưu ý quan trọng:

• Áp suất trên mặt hồ nước là áp suất khí quyển.
• Áp suất tại đáy hồ = áp suất khí quyển + áp suất chất lỏng (do cột nước phía trên).
• Càng lên cao, khí quyển càng loãng → áp suất khí quyển càng giảm. Cứ lên cao 12 m thì áp suất khí quyển giảm khoảng 1 mmHg.
• Áp suất khí quyển ở điều kiện tiêu chuẩn: 76 cmHg = 101 325 Pa ≈ 1 atm.

Câu hỏi củng cố:

Trong các hiện tượng sau, hiện tượng nào không do áp suất khí quyển gây ra?

A. Cốc nước úp ngược có tấm bìa, nước không chảy ra.

B. Con người hít không khí vào phổi.

C. Khó rút chân ra khỏi bùn.

D. Vật rơi từ trên cao xuống.

Đáp án: D. Vật rơi từ trên cao xuống là do trọng lực (lực hút Trái Đất), không liên quan đến áp suất khí quyển. Các hiện tượng A, B, C đều liên quan đến sự chênh lệch áp suất khí quyển.

Câu hỏi củng cố:

Vì sao áp suất khí quyển không thể tính bằng công thức $p = d \times h$?

Trả lời: Vì độ cao cột khí quyển không thể xác định chính xác (lớp khí quyển không có ranh giới rõ ràng) và trọng lượng riêng của không khí thay đổi theo độ cao (càng lên cao không khí càng loãng).

2. Một số ảnh hưởng và ứng dụng của áp suất không khí

a) Tiếng động trong tai khi thay đổi áp suất đột ngột

Trong tai có bộ phận gọi là vòi tai (ống nối tai giữa với vòm mũi, họng), có nhiệm vụ cân bằng áp suất hai bên màng nhĩ. Khi áp suất thay đổi đột ngột (máy bay cất/hạ cánh, leo núi cao, đi thang máy nhanh…), vòi tai không phản ứng kịp → mất cân bằng áp suất → màng nhĩ bị đẩy về phía có áp suất nhỏ hơn → gây tiếng động hoặc ù tai.

Cách khắc phục: Nuốt nước bọt hoặc ngáp → vòi tai mở rộng → không khí vào tai giữa nhiều hơn → cân bằng lại áp suất.

b) Giác mút (móc treo tường)

Khi ấn phễu giác mút sát vào tường/kính phẳng, không khí bên trong bị đẩy ra. Khi thả tay, do tính đàn hồi, không gian bên trong giác mút tăng thể tích → áp suất bên trong giảm, nhỏ hơn áp suất khí quyển bên ngoài → giác mút bị ép chặt vào tường.

c) Bình xịt nước

Khi bơm, pít-tông hút không khí từ ngoài vào bình và nén lại → áp suất trong bình tăng → khi mở van, nước bị đẩy ra ngoài qua vòi phun.

d) Tàu đệm khí

Quạt bơm khí công suất lớn bơm không khí vào khoảng không gian giữa tàu và mặt đất/nước → tạo áp suất cao → nâng tàu lên → giảm ma sát → tàu di chuyển nhanh.

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Tính áp suất chất lỏng tại một độ sâu

Phương pháp:

$$p = d \times h = 10 \times D \times h$$

Trong đó: $D$ là khối lượng riêng (kg/m³), $h$ là độ sâu (m), $d = 10D$ là trọng lượng riêng (N/m³).

Chú ý: $h$ là khoảng cách từ mặt thoáng đến điểm cần tính, không phải khoảng cách từ đáy bình.

Ví dụ 1:

Một bình hình trụ cao 1 m đựng đầy nước. Biết $D_{\text{nước}} = 1000$ kg/m³. Tính áp suất nước tác dụng lên đáy bình.

Hướng dẫn giải:

Trọng lượng riêng nước: $d = 10 \times D = 10 \times 1000 = 10\,000$ (N/m³)

Áp suất tại đáy (độ sâu $h = 1$ m):

$$p = d \times h = 10\,000 \times 1 = 10\,000 \text{ (Pa)}$$

Ví dụ 2:

Một bình hình trụ cao 1,8 m đựng đầy rượu ($D = 800$ kg/m³). Tính áp suất tại điểm M cách đáy bình 20 cm.

Hướng dẫn giải:

Điểm M cách đáy 20 cm = 0,2 m → độ sâu của M tính từ mặt thoáng:

$$h = 1{,}8 – 0{,}2 = 1{,}6 \text{ (m)}$$

Trọng lượng riêng: $d = 10 \times 800 = 8000$ (N/m³)

Áp suất tại M:

$$p = d \times h = 8000 \times 1{,}6 = 12\,800 \text{ (Pa)}$$

Dạng 2: Bài toán máy nén thuỷ lực (Định luật Pascal)

Phương pháp:

Áp dụng nguyên lí truyền nguyên vẹn áp suất:

$$\frac{f}{s} = \frac{F}{S} \quad \Rightarrow \quad F = f \times \frac{S}{s}$$

Trong đó: $f$, $s$ là lực và diện tích pít-tông nhỏ; $F$, $S$ là lực và diện tích pít-tông lớn.

Nếu bài cho thêm quãng đường pít-tông di chuyển:

$$\frac{S}{s} = \frac{h}{H}$$

Với $h$ là quãng đường pít-tông nhỏ, $H$ là quãng đường pít-tông lớn.

Ví dụ 1:

Một máy nén thuỷ lực dùng nâng ô tô. Muốn có lực nâng 10 000 N lên pít-tông lớn, cần tác dụng lên pít-tông nhỏ lực bao nhiêu? Biết pít-tông lớn có diện tích gấp 5 lần pít-tông nhỏ.

Hướng dẫn giải:

Gọi $S = 5s$. Áp dụng:

$$\frac{f}{s} = \frac{F}{S} \quad \Rightarrow \quad f = F \times \frac{s}{S} = 10\,000 \times \frac{s}{5s} = 10\,000 \times \frac{1}{5} = 2000 \text{ (N)}$$

Ví dụ 2:

Tác dụng lực $f = 300$ N lên pít-tông nhỏ diện tích 25 cm². Pít-tông lớn có diện tích 150 cm². Tính áp suất lên pít-tông nhỏ và lực tác dụng lên pít-tông lớn.

Hướng dẫn giải:

Đổi đơn vị: $s = 25 \text{ cm}^2 = 0{,}0025 \text{ m}^2$; $S = 150 \text{ cm}^2 = 0{,}015 \text{ m}^2$

Áp suất lên pít-tông nhỏ:

$$p = \frac{f}{s} = \frac{300}{0{,}0025} = 120\,000 \text{ (Pa)}$$

Áp suất này truyền nguyên vẹn đến pít-tông lớn. Lực lên pít-tông lớn:

$$F = p \times S = 120\,000 \times 0{,}015 = 1800 \text{ (N)}$$

Ví dụ 3:

Kích thuỷ lực nâng vật $P = 30\,000$ N. Lực tác dụng lên pít-tông nhỏ $f = 100$ N. Mỗi lần nén, pít-tông nhỏ dịch chuyển $h = 30$ cm. Sau 50 lần nén, vật được nâng lên bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Tỉ số diện tích:

$$\frac{S}{s} = \frac{F}{f} = \frac{P}{f} = \frac{30\,000}{100} = 300$$

Mỗi lần nén, pít-tông lớn dịch chuyển:

$$H = \frac{h}{\dfrac{S}{s}} = \frac{30}{300} = 0{,}1 \text{ (cm)}$$

Sau 50 lần nén, vật được nâng lên:

$$50 \times 0{,}1 = 5 \text{ (cm)}$$

Dạng 3: Giải thích hiện tượng liên quan đến áp suất khí quyển

Phương pháp:

Bước 1 – Xác định hai phía (trong/ngoài) của hệ thống.

Bước 2 – So sánh áp suất bên trong và bên ngoài.

Bước 3 – Kết luận: phía nào áp suất lớn hơn → đẩy về phía có áp suất nhỏ hơn.

Ví dụ 1:

Vì sao muốn nước trong bình có thể chảy ra khi mở vòi thì trên nắp bình phải có lỗ nhỏ?

Trả lời: Khi mở vòi mà không có lỗ nhỏ trên nắp, nước chảy ra một phần sẽ tạo khoảng trống bên trong bình. Khoảng trống này có áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển bên ngoài → áp suất khí quyển từ phía vòi đẩy ngược lại → nước không chảy được. Khi có lỗ nhỏ trên nắp, không khí bên ngoài đi vào bình qua lỗ → áp suất trong bình luôn cân bằng với áp suất khí quyển → nước chảy ra dễ dàng.

Ví dụ 2:

Hút bớt không khí trong hộp sữa giấy, ta thấy hộp bị bẹp. Giải thích.

Trả lời: Khi hút bớt không khí, áp suất bên trong hộp giảm xuống nhỏ hơn áp suất khí quyển bên ngoài. Áp suất khí quyển ép từ mọi phía bên ngoài → hộp bị bẹp lại.

Ví dụ 3:

Giải thích nguyên lí hoạt động của giác mút treo tường.

Trả lời: Khi ấn giác mút vào tường phẳng, phần lớn không khí bên trong bị đẩy ra. Khi thả tay, nhờ tính đàn hồi, không gian bên trong giác mút tăng thể tích → áp suất bên trong giảm, nhỏ hơn áp suất khí quyển bên ngoài → áp suất khí quyển ép giác mút bám chắc vào tường.

Dạng 4: Bài toán áp suất khí quyển theo độ cao

Phương pháp:

Ở mặt nước biển: $p_0 = 760$ mmHg. Cứ lên cao 12 m, áp suất giảm khoảng 1 mmHg.

$$p = p_0 – \frac{h}{12} \text{ (mmHg)}$$

Trong đó $h$ là độ cao so với mặt nước biển (m).

Ví dụ:

Tính áp suất khí quyển ở độ cao 800 m. Biết ở mặt đất áp suất là 760 mmHg.

Hướng dẫn giải:

Độ giảm áp suất:

$$\Delta p = \frac{800}{12} \approx 66{,}7 \text{ (mmHg)}$$

Áp suất ở độ cao 800 m:

$$p = 760 – 66{,}7 \approx 693{,}3 \text{ (mmHg)}$$

Dạng 5: Bài toán tàu ngầm – Xác định trạng thái lặn/nổi

Phương pháp:

Dựa vào sự thay đổi số chỉ áp kế đặt ngoài vỏ tàu:

• Áp suất tăng → tàu đang lặn xuống (độ sâu tăng).
• Áp suất giảm → tàu đang nổi lên (độ sâu giảm).

Ví dụ:

Tàu ngầm di chuyển dưới biển. Áp kế chỉ 875 000 N/m², sau đó chỉ 1 165 000 N/m². Tàu đang lặn hay nổi?

Hướng dẫn giải:

Áp suất tăng từ 875 000 → 1 165 000 (N/m²) → áp suất tăng.

Vì $p = d \times h$, khi $p$ tăng → $h$ (độ sâu) tăng → tàu đang lặn xuống.

Dạng 6: Bài toán tổng hợp – Tính trọng lượng không khí, áp lực khí quyển

Phương pháp:

• Trọng lượng không khí: tính thể tích phòng → $m = V \times D$ → $P = 10 \times m$.
• Áp lực khí quyển lên cơ thể: $F = p \times S$ (với $p$ là áp suất khí quyển, $S$ là diện tích bề mặt cơ thể).

Ví dụ 1:

Phòng rộng 4 m, dài 6 m, cao 3 m. Biết $D_{\text{kk}} = 1{,}29$ kg/m³. Tính trọng lượng không khí trong phòng.

Hướng dẫn giải:

Thể tích phòng: $V = 4 \times 6 \times 3 = 72$ (m³)

Khối lượng không khí: $m = V \times D = 72 \times 1{,}29 = 92{,}88$ (kg)

Trọng lượng: $P = 10 \times m = 10 \times 92{,}88 = 928{,}8$ (N)

Ví dụ 2:

Một người có diện tích cơ thể trung bình 1,6 m². Tính áp lực khí quyển tác dụng lên người ở điều kiện tiêu chuẩn (76 cmHg). Biết trọng lượng riêng thuỷ ngân = 136 000 N/m³. Vì sao người không cảm thấy áp lực này?

Hướng dẫn giải:

Áp suất khí quyển:

$$p = d_{Hg} \times h = 136\,000 \times 0{,}76 = 103\,360 \text{ (N/m}^2\text{)}$$

Áp lực lên cơ thể:

$$F = p \times S = 103\,360 \times 1{,}6 = 165\,376 \text{ (N)}$$

Giải thích: Mặc dù áp lực rất lớn (hơn 165 000 N), nhưng bên trong cơ thể cũng có không khí tạo ra áp suất cân bằng với áp suất bên ngoài. Áp suất tác dụng từ hai phía triệt tiêu nhau nên ta không cảm nhận được.

PHẦN 3: SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. ÁP SUẤT CHẤT LỎNG

• 1.1. Tính chất
  • Gây áp suất theo mọi phương lên vật trong lòng nó
  • Cùng độ sâu → áp suất bằng nhau (không phụ thuộc vị trí)
  • Càng sâu → áp suất càng lớn
  • Công thức: $p = d \times h$
• 1.2. Sự truyền áp suất (Định luật Pascal)
  • Áp suất truyền nguyên vẹn theo mọi hướng
  • Ứng dụng: máy nén thuỷ lực, phanh thuỷ lực, kích thuỷ lực
  • Công thức: $\dfrac{f}{s} = \dfrac{F}{S}$

2. ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN

• 2.1. Khái niệm
  • Áp suất do lớp không khí bao quanh Trái Đất tác dụng lên mọi vật
  • Tác dụng theo mọi phương
  • Ở mực nước biển: 760 mmHg ≈ 101 325 Pa ≈ 1 atm
• 2.2. Tính chất
  • Càng lên cao → áp suất càng giảm (cứ 12 m giảm ≈ 1 mmHg)
  • Không tính bằng $p = d \times h$ (vì $d$ thay đổi, $h$ không xác định chính xác)
• 2.3. Ảnh hưởng
  • Thay đổi áp suất đột ngột → ù tai, tiếng động trong tai
  • Khắc phục: nuốt nước bọt, ngáp → cân bằng áp suất hai bên màng nhĩ
• 2.4. Ứng dụng
  • Giác mút: ép không khí ra → áp suất trong < ngoài → bám chặt
  • Bình xịt: bơm nén khí → áp suất trong bình tăng → đẩy nước ra
  • Tàu đệm khí: bơm khí dưới tàu → áp suất cao → nâng tàu, giảm ma sát
  • Bình nước có lỗ trên nắp: thông khí → nước chảy dễ dàng

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu