PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

I – Áp lực là gì?

Khi học sinh đứng trên sân trường, ô tô trong bãi đỗ xe, bàn ghế đặt trong lớp học hay máy móc trong nhà xưởng – tất cả đều tác dụng lực ép có phương vuông góc với mặt sàn. Những lực này gọi là áp lực.

Áp lực là lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép.

Phân biệt lực thường và áp lực:

• Lực của thùng hàng tác dụng lên mặt sàn → là áp lực (phương vuông góc với sàn).
• Lực của ngón tay tác dụng lên mũ đinh → là áp lực (phương vuông góc với mũ đinh).
• Lực của đầu đinh tác dụng lên tấm xốp → là áp lực (phương vuông góc với tấm xốp).
• Lực của người kéo sợi dây (phương xiên hoặc song song với sàn) → không phải áp lực.

Lưu ý quan trọng: Đơn vị của áp lực là niutơn (N) – cùng đơn vị với lực.

Khi vật nằm trên mặt phẳng ngang, áp lực có độ lớn bằng trọng lượng của vật:

$$F = P = 10 \times m$$

Câu hỏi củng cố:

Khi đoàn tàu chuyển động trên đường nằm ngang, áp lực có độ lớn bằng lực nào?

Đáp án: Bằng trọng lực (trọng lượng) của tàu. Áp lực là lực ép vuông góc với mặt bị ép – trên mặt ngang, chỉ có trọng lực có phương vuông góc với đường ray. Lực kéo và lực ma sát có phương song song với đường ray nên không phải áp lực.

II – Áp suất

1. Thí nghiệm

Đặt hai khối sắt giống nhau lên khay bột mịn theo các cách khác nhau, ta nhận thấy:

• Cùng áp lực, diện tích bị ép nhỏ hơn → độ lún lớn hơn (tác dụng mạnh hơn).
• Cùng diện tích bị ép, áp lực lớn hơn → độ lún lớn hơn (tác dụng mạnh hơn).

→ Tác dụng của áp lực phụ thuộc vào hai yếu tố: độ lớn của áp lực ($F$) và diện tích mặt bị ép ($S$).

2. Công thức tính áp suất

Áp suất sinh ra khi có áp lực tác dụng lên một diện tích bề mặt. Áp suất được tính bằng độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép.

$$p = \frac{F}{S}$$

Trong đó:

• $p$: áp suất
• $F$: áp lực tác dụng lên mặt bị ép (N)
• $S$: diện tích mặt bị ép (m²)

Từ công thức trên suy ra:

$$F = p \times S \qquad S = \frac{F}{p}$$

3. Đơn vị áp suất

Đơn vị chính: paxcan (Pa)

$$1 \text{ Pa} = 1 \text{ N/m}^2$$

Một số đơn vị khác:

Câu hỏi củng cố:

Đơn vị nào sau đây không phải đơn vị tính áp suất?

A. N/m²   B. Pa   C. N/m³   D. kPa

Đáp án: C. N/m³ là đơn vị của trọng lượng riêng, không phải áp suất. Các đơn vị N/m² (= Pa) và kPa (= 1000 Pa) đều là đơn vị áp suất.

4. Nguyên tắc tăng, giảm áp suất

Từ công thức $p = \dfrac{F}{S}$:

Muốn TĂNG áp suất:

• Tăng áp lực $F$ (giữ nguyên $S$).
• Giảm diện tích bị ép $S$ (giữ nguyên $F$).
• Vừa tăng $F$ vừa giảm $S$.

Muốn GIẢM áp suất:

• Giảm áp lực $F$ (giữ nguyên $S$).
• Tăng diện tích bị ép $S$ (giữ nguyên $F$).
• Vừa giảm $F$ vừa tăng $S$.

Lưu ý: Nếu tăng cả $F$ và $S$ theo cùng tỉ lệ thì áp suất không đổi (không tăng cũng không giảm).

Câu hỏi củng cố:

Trong các cách tăng, giảm áp suất sau, cách nào không đúng?

A. Muốn tăng áp suất thì tăng áp lực, giảm diện tích bị ép.

B. Muốn tăng áp suất thì giảm áp lực, tăng diện tích bị ép.

C. Muốn giảm áp suất thì giảm áp lực, giữ nguyên diện tích.

D. Muốn giảm áp suất thì giữ nguyên áp lực, tăng diện tích.

Đáp án: B. Giảm $F$ và tăng $S$ sẽ khiến áp suất giảm, không phải tăng.

5. Công dụng của việc tăng, giảm áp suất trong thực tế

Ví dụ tăng áp suất (giảm diện tích bị ép):

• Mũi đinh, mũi dao, lưỡi kéo được mài nhọn/sắc → diện tích tiếp xúc nhỏ → áp suất lớn → dễ xuyên, cắt.
• Ống hút cắm vào hộp sữa có một đầu nhọn → giảm diện tích → áp suất lớn → dễ đâm xuyên.

Ví dụ giảm áp suất (tăng diện tích bị ép):

• Móng nhà xây rộng bản hơn tường → tăng diện tích → giảm áp suất lên nền đất → nhà không bị lún.
• Xe tăng dùng bản xích rộng → tăng diện tích → giảm áp suất → di chuyển được trên đất mềm.
• Bắc tấm ván qua vùng đất lún → tăng diện tích tiếp xúc → giảm áp suất → đi qua không bị lún.
• Nằm đệm mút êm hơn nằm phản gỗ: đệm mút dễ biến dạng → tăng diện tích tiếp xúc với cơ thể → giảm áp suất tác dụng lên người.

Câu hỏi củng cố:

Khi nằm trên đệm mút ta thấy êm hơn khi nằm trên phản gỗ. Vì sao?

Đáp án: Vì đệm mút dễ biến dạng nên tăng diện tích tiếp xúc với cơ thể, từ đó giảm áp suất tác dụng lên thân người, ta cảm thấy êm hơn. Không phải vì đệm mềm hay dày hơn – bản chất là do diện tích tiếp xúc tăng.

6. Áp suất chất khí

Không chỉ chất rắn, mà chất lỏng và chất khí cũng gây ra áp suất lên bình chứa. Để tăng áp suất chất khí:

• Với bình chứa có thể tích cố định: bổ sung thêm khí vào bình.
• Với lượng khí nhất định: giảm thể tích bình chứa.

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Tính áp suất khi biết áp lực và diện tích bị ép

Phương pháp:

Bước 1 – Xác định áp lực $F$. Trên mặt ngang: $F = P = 10 \times m$.

Bước 2 – Xác định diện tích mặt bị ép $S$. Chú ý đổi đơn vị sang m².

Quy đổi thường gặp: $1 \text{ cm}^2 = 10^{-4} \text{ m}^2$; $1 \text{ dm}^2 = 10^{-2} \text{ m}^2$

Bước 3 – Áp dụng: $p = \dfrac{F}{S}$

Ví dụ 1:

Một bao gạo 60 kg đặt lên ghế 4 chân. Ghế có khối lượng 4 kg. Diện tích tiếp xúc mỗi chân ghế với mặt đất là 8 cm². Tính áp suất mà gạo và ghế tác dụng lên mặt đất.

Hướng dẫn giải:

Bước 1 – Tính áp lực (trọng lượng tổng cộng):

$$F = P = 10 \times (60 + 4) = 10 \times 64 = 640 \text{ (N)}$$

Bước 2 – Tính tổng diện tích tiếp xúc (4 chân):

$$S = 4 \times 8 = 32 \text{ (cm}^2\text{)} = 32 \times 10^{-4} = 0{,}0032 \text{ (m}^2\text{)}$$

Bước 3 – Tính áp suất:

$$p = \frac{F}{S} = \frac{640}{0{,}0032} = 200\,000 \text{ (Pa)}$$

Ví dụ 2:

Thầy giáo có khối lượng 60 kg, diện tích một bàn chân là 30 cm². Tính áp suất khi thầy đứng cả hai chân trên sàn.

Hướng dẫn giải:

Áp lực: $F = P = 10 \times 60 = 600$ (N)

Diện tích tiếp xúc (2 chân):

$$S = 2 \times 30 = 60 \text{ (cm}^2\text{)} = 60 \times 10^{-4} = 0{,}006 \text{ (m}^2\text{)}$$

Áp suất:

$$p = \frac{F}{S} = \frac{600}{0{,}006} = 100\,000 \text{ (Pa)}$$

Dạng 2: Tính áp lực hoặc khối lượng khi biết áp suất và diện tích

Phương pháp:

Từ công thức $p = \dfrac{F}{S}$ → suy ra $F = p \times S$.

Nếu cần tính khối lượng: $m = \dfrac{F}{10} = \dfrac{p \times S}{10}$

Ví dụ 1:

Chiếc tủ lạnh gây áp suất 1500 Pa lên sàn nhà. Diện tích tiếp xúc giữa tủ và sàn là 50 dm². Tính khối lượng tủ lạnh.

Hướng dẫn giải:

Đổi đơn vị: $50 \text{ dm}^2 = 50 \times 10^{-2} = 0{,}5 \text{ m}^2$

Tính áp lực:

$$F = p \times S = 1500 \times 0{,}5 = 750 \text{ (N)}$$

Tính khối lượng:

$$m = \frac{F}{10} = \frac{750}{10} = 75 \text{ (kg)}$$

Ví dụ 2:

Một máy đánh ruộng 2 bánh có khối lượng 1 tấn. Để máy chạy được trên đất ruộng, áp suất tác dụng lên đất phải là 10 000 Pa. Tính diện tích mỗi bánh tiếp xúc với ruộng.

Hướng dẫn giải:

Áp lực do máy tác dụng lên đất:

$$F = P = 10 \times 1000 = 10\,000 \text{ (N)}$$

Tổng diện tích 2 bánh:

$$S = \frac{F}{p} = \frac{10\,000}{10\,000} = 1 \text{ (m}^2\text{)}$$

Diện tích mỗi bánh:

$$S_1 = \frac{S}{2} = \frac{1}{2} = 0{,}5 \text{ (m}^2\text{)}$$

Dạng 3: So sánh áp suất

Phương pháp:

Lập biểu thức áp suất cho từng trường hợp rồi so sánh. Chú ý:

• Cùng $F$, $S$ lớn hơn → $p$ nhỏ hơn (tỉ lệ nghịch).
• Cùng $S$, $F$ lớn hơn → $p$ lớn hơn (tỉ lệ thuận).

Ví dụ 1:

Cùng một lực tác dụng lên hai vật. Diện tích tác dụng lên vật A gấp đôi diện tích lên vật B. So sánh áp suất trên hai vật.

Hướng dẫn giải:

Gọi lực tác dụng là $F$, diện tích bị ép lên vật B là $S$.

→ Diện tích bị ép lên vật A: $S_A = 2S$.

Áp suất lên vật A: $p_A = \dfrac{F}{2S}$

Áp suất lên vật B: $p_B = \dfrac{F}{S}$

Lập tỉ số:

$$\frac{p_B}{p_A} = \frac{F/S}{F/(2S)} = \frac{2S}{S} = 2$$

→ $p_B = 2 \times p_A$, tức áp suất lên vật B gấp đôi áp suất lên vật A.

Ví dụ 2:

Hai người có khối lượng $m_1$ và $m_2$, đứng trên tấm ván diện tích $S_1$ và $S_2$. Biết $m_2 = 1{,}2 \times m_1$ và $S_1 = 1{,}2 \times S_2$. So sánh áp suất hai người tác dụng lên mặt đất.

Hướng dẫn giải:

Áp suất người 1:

$$p_1 = \frac{F_1}{S_1} = \frac{10 \times m_1}{S_1}$$

Áp suất người 2:

$$p_2 = \frac{F_2}{S_2} = \frac{10 \times m_2}{S_2}$$

Lập tỉ số:

$$\frac{p_2}{p_1} = \frac{10 \times m_2}{S_2} \times \frac{S_1}{10 \times m_1} = \frac{m_2}{m_1} \times \frac{S_1}{S_2}$$

Thay $m_2 = 1{,}2 \times m_1$ và $S_1 = 1{,}2 \times S_2$:

$$\frac{p_2}{p_1} = 1{,}2 \times 1{,}2 = 1{,}44$$

$$\Rightarrow p_2 = 1{,}44 \times p_1$$

Áp suất người thứ hai gấp 1,44 lần áp suất người thứ nhất.

Dạng 4: Bài toán áp suất lớn nhất – nhỏ nhất (hình hộp chữ nhật)

Phương pháp:

Một hình hộp chữ nhật có 3 cặp mặt với diện tích khác nhau. Áp lực $F = P$ không đổi, nên:

• Áp suất lớn nhất khi đặt mặt có diện tích nhỏ nhất xuống.
• Áp suất nhỏ nhất khi đặt mặt có diện tích lớn nhất xuống.

Ví dụ:

Một hình hộp chữ nhật kích thước 20 cm × 10 cm × 5 cm. Trọng lượng riêng chất làm vật là $d = 2 \times 10^4$ N/m³. Tính áp suất lớn nhất và nhỏ nhất tác dụng lên mặt bàn.

Hướng dẫn giải:

Bước 1 – Tính thể tích:

$$V = 0{,}2 \times 0{,}1 \times 0{,}05 = 0{,}001 \text{ (m}^3\text{)}$$

Bước 2 – Tính trọng lượng (= áp lực):

$$F = P = d \times V = 2 \times 10^4 \times 0{,}001 = 20 \text{ (N)}$$

Bước 3 – Xác định các diện tích:

• $S_1 = 20 \times 10 = 200 \text{ cm}^2 = 0{,}02 \text{ m}^2$ (mặt lớn nhất)
• $S_2 = 20 \times 5 = 100 \text{ cm}^2 = 0{,}01 \text{ m}^2$
• $S_3 = 10 \times 5 = 50 \text{ cm}^2 = 0{,}005 \text{ m}^2$ (mặt nhỏ nhất)

Bước 4 – Tính áp suất:

$$p_{\max} = \frac{F}{S_3} = \frac{20}{0{,}005} = 4000 \text{ (Pa)}$$

$$p_{\min} = \frac{F}{S_1} = \frac{20}{0{,}02} = 1000 \text{ (Pa)}$$

Dạng 5: Giải thích hiện tượng thực tế liên quan đến tăng, giảm áp suất

Phương pháp:

Bước 1 – Xác định trong tình huống, đại lượng nào thay đổi ($F$ hay $S$).

Bước 2 – Áp dụng nguyên tắc:

• Giảm $S$ → tăng $p$ (mũi đinh nhọn, lưỡi dao sắc…)
• Tăng $S$ → giảm $p$ (bản xích xe tăng, móng nhà rộng, tấm ván…)

Bước 3 – Trả lời rõ ràng: thay đổi gì → ảnh hưởng gì → kết quả gì.

Ví dụ 1:

Vì sao đóng đinh, ta đóng mũi đinh vào tường chứ không đóng mũ (tai) đinh?

Trả lời: Mũi đinh có diện tích rất nhỏ. Với cùng một lực đóng (áp lực $F$ không đổi), diện tích $S$ càng nhỏ thì áp suất $p = F/S$ càng lớn. Vì vậy mũi đinh tạo áp suất đủ lớn để xuyên vào tường. Nếu đóng mũ đinh (diện tích lớn), áp suất nhỏ, đinh không thể xuyên vào.

Ví dụ 2:

Vì sao móng nhà phải xây rộng bản hơn tường?

Trả lời: Móng nhà xây rộng hơn tường nhằm tăng diện tích bị ép ($S$ lớn hơn). Khi đó, với cùng trọng lượng ngôi nhà (áp lực $F$ không đổi), áp suất $p = F/S$ sẽ giảm, giúp nền đất không bị lún, ngôi nhà ổn định hơn.

Ví dụ 3:

Tại sao em bé đứng trên đệm thì đệm lún sâu hơn khi người lớn nằm trên đệm?

Trả lời: Khi em bé đứng, diện tích tiếp xúc với đệm rất nhỏ (chỉ hai bàn chân). Khi người lớn nằm, diện tích tiếp xúc rất lớn (toàn bộ mặt lưng, mông). Mặc dù trọng lượng người lớn lớn hơn, nhưng diện tích tiếp xúc lớn hơn rất nhiều lần, nên áp suất người lớn tác dụng lên đệm nhỏ hơn áp suất em bé → đệm lún ít hơn.

PHẦN 3: SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. ÁP LỰC

• 1.1. Định nghĩa: lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép
• 1.2. Đơn vị: niutơn (N)
• 1.3. Trên mặt ngang: $F = P = 10 \times m$

2. ÁP SUẤT

• 2.1. Định nghĩa: độ lớn áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép
• 2.2. Công thức: $p = \dfrac{F}{S}$
• 2.3. Suy ra: $F = p \times S$ và $S = \dfrac{F}{p}$
• 2.4. Đơn vị
  • 1 Pa = 1 N/m²
  • 1 atm = $1{,}013 \times 10^5$ Pa
  • 1 mmHg = 133,3 Pa
  • 1 Bar = $10^5$ Pa

3. YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

• Áp suất phụ thuộc vào: độ lớn áp lực ($F$) và diện tích mặt bị ép ($S$)
• $F$ tăng (giữ $S$) → $p$ tăng
• $S$ giảm (giữ $F$) → $p$ tăng

4. NGUYÊN TẮC TĂNG, GIẢM ÁP SUẤT

• 4.1. Tăng áp suất
  • Tăng $F$ hoặc giảm $S$ (hoặc cả hai)
  • Ví dụ: mũi đinh nhọn, lưỡi dao sắc, ống hút đầu nhọn
• 4.2. Giảm áp suất
  • Giảm $F$ hoặc tăng $S$ (hoặc cả hai)
  • Ví dụ: móng nhà rộng, bản xích xe tăng, tấm ván bắc qua đất lún, nằm đệm mút

5. ÁP SUẤT CHẤT KHÍ

• Bình kín thể tích cố định: thêm khí → tăng áp suất
• Lượng khí cố định: giảm thể tích → tăng áp suất

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