Tới nội dung

Vật lí lớp 8 · Bài 15 · 9 phút

Áp suất trên một bề mặt

Tải bài tập về nhà (PDF, có lời giải)Xem trên YouTube

Mục lục video

Một chú voi nặng 40 000 N và một chị đi giày cao gót nặng 500 N cùng bước lên sàn gỗ mềm. Ai làm sàn lún sâu hơn?
Cuối bài bạn sẽ tự tính được: gót giày, và gấp tới 50 lần chú voi!

1. Áp lực

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

Ví dụ 1. Chiếc laptop nằm trên mặt bàn ép xuống mặt bàn. Lực này vuông góc với mặt bàn nên là áp lực. Mặt bàn nằm ngang thì áp lực bằng trọng lượng của laptop.
Ví dụ 2. Bạn dùng tay ép quyển sách sát vào tường. Lực tay nằm ngang, vuông góc với tường, nên lực tay mới là áp lực lên tường. Trọng lượng của sách hướng xuống, song song với mặt tường, nên không phải áp lực lên tường.

→ Áp lực không nhất thiết là trọng lượng, cũng không nhất thiết hướng xuống. Chỉ cần: ép lên một mặt và vuông góc với mặt đó.

2. Tác dụng của áp lực phụ thuộc vào gì?

Đặt một viên gạch 20 N (dài 20 cm, rộng 10 cm, dày 5 cm) lên tấm mút xốp:

Cách đặt	Mặt tiếp xúc	Vết lún
Nằm	20 cm × 10 cm (rộng nhất)	nông nhất
Lật sang mặt nhỏ hơn	20 cm × 5 cm	sâu hơn
Dựng đứng	10 cm × 5 cm (nhỏ nhất)	sâu nhất

Cả ba lần áp lực đều là 20 N. Đặt thêm chai nước lên gạch (áp lực tăng) thì mút lún sâu hơn nữa.

Kết luận: áp lực càng lớn và diện tích bị ép càng nhỏ thì mặt bị ép lún càng sâu.

3. Áp suất

Áp suất là độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép:

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

Kí hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị
$F$	áp lực	niu-tơn (N)
$S$	diện tích bị ép	mét vuông (m²)
$p$	áp suất	niu-tơn trên mét vuông (N/m²) = pa-xcan (Pa)

$1\ \text{Pa} = 1\ \text{N/m}^2$ : một niu-tơn đè lên mỗi mét vuông (rất nhỏ!). Trên lốp xe bạn hay gặp đơn vị bar: 1 bar = 100 000 Pa.
Đổi diện tích: $1\ \text{m}^2 = 10\,000\ \text{cm}^2$ , nên $1\ \text{cm}^2 = 0{,}0001\ \text{m}^2$ .

Ví dụ 1 (viên gạch 20 N).

Đặt nằm: $S = 20 \times 10 = 200\ \text{cm}^2 = 0{,}02\ \text{m}^2$ → $p = 20 : 0{,}02 = 1\,000\ \text{Pa}$ .
Dựng đứng: $S = 10 \times 5 = 50\ \text{cm}^2 = 0{,}005\ \text{m}^2$ → $p = 20 : 0{,}005 = 4\,000\ \text{Pa}$ .
Diện tích nhỏ đi 4 lần thì áp suất lớn lên 4 lần.

Ví dụ 2 (gót giày và chân voi).

Voi: $F = 40\,000$ N, bốn chân $S = 0{,}4\ \text{m}^2$ → $p = 100\,000$ Pa.
Gót giày: $F = 500$ N dồn lên một gót $S = 1\ \text{cm}^2 = 0{,}0001\ \text{m}^2$ → $p = 5\,000\,000$ Pa.
Gót giày gây áp suất gấp 50 lần chú voi. Lực lớn chưa chắc áp suất lớn.

4. Tăng, giảm áp suất

Muốn	Cách làm	Ví dụ
Tăng áp suất	tăng $F$ hoặc giảm $S$	dao mài sắc (lưỡi mỏng), mũi kim khâu nhọn, đập búa mạnh hơn
Giảm áp suất	giảm $F$ hoặc tăng $S$	ván trượt tuyết dài và rộng, máy xúc bánh xích bản rộng, quai ba lô bản to

Lỗi hay gặp

Quên đổi cm² ra m². $600 : 20 = 30$ Pa là sai; phải đổi $20\ \text{cm}^2 = 0{,}002\ \text{m}^2$ rồi mới chia: $300\,000$ Pa.
Coi mọi trọng lượng là áp lực. Chỉ khi vật nằm trên mặt nằm ngang thì áp lực mới bằng trọng lượng. Sách ép vào tường: áp lực lên tường là lực tay.
Nghĩ lực nằm ngang thì không phải áp lực. Bấm nút thang máy trên tường: lực nằm ngang nhưng vuông góc với tường, vẫn là áp lực.
Nghĩ lực lớn thì áp suất luôn lớn. Phải xét cả diện tích bị ép (gót giày và chân voi).
Quên nhân số chân. Ghế bốn chân: diện tích bị ép là tổng cả bốn chân.

Bài tập theo dạng

Dạng 1: Nhận biết áp lực

Cách làm: lực có ép lên một mặt không? Có vuông góc với mặt đó không? Đủ cả hai mới là áp lực.

Bài 1. Lực nào là áp lực?
a) Bình nước đặt trên nóc tủ lạnh ép lên nóc tủ.
b) Lực của sợi dây kéo con diều.
c) Ngón tay bấm nút thang máy trên tường.

Đáp án

a) Là áp lực (ép xuống, vuông góc với nóc tủ).
b) Không (lực kéo, không ép lên mặt nào).
c) Là áp lực: lực nằm ngang nhưng vuông góc với mặt tường.

Bài 2. Quyển từ điển nặng 15 N được tay ép sát vào tường bằng lực 20 N theo phương ngang. Áp lực lên tường bằng bao nhiêu? Trọng lượng 15 N có phải áp lực lên tường không?

Đáp án

Áp lực lên tường là lực tay: 20 N. Trọng lượng 15 N hướng xuống, song song với tường nên không phải áp lực lên tường.

Dạng 2: Tính áp suất

Cách làm: tìm $F$ → tìm $S$ (đổi ra m²) → $p = F : S$ .

Bài 3.
a) Bể cá nặng 1 200 N đặt trên mặt tủ nằm ngang, đáy bể tiếp xúc 0,4 m². Tính áp suất lên mặt tủ.
b) Bạn ngồi trên ghế bốn chân, tổng áp lực lên sàn 600 N, mỗi chân tiếp xúc 5 cm². Tính áp suất lên sàn.

Đáp án

a) $p = 1\,200 : 0{,}4 = 3\,000$ Pa.
b) $S = 4 \times 5 = 20\ \text{cm}^2 = 0{,}002\ \text{m}^2$ ; $p = 600 : 0{,}002 = 300\,000$ Pa. (Chia $600 : 20 = 30$ là quên đổi đơn vị.)

Bài 4. Khối gỗ nặng 36 N, kích thước 30 cm × 20 cm × 10 cm. Tính áp suất lớn nhất và nhỏ nhất khối gỗ gây ra trên mặt sàn ngang.

Đáp án

Lớn nhất khi đặt mặt nhỏ nhất: $S = 20 \times 10 = 200\ \text{cm}^2 = 0{,}02\ \text{m}^2$ → $p = 1\,800$ Pa.
Nhỏ nhất khi đặt mặt lớn nhất: $S = 30 \times 20 = 600\ \text{cm}^2 = 0{,}06\ \text{m}^2$ → $p = 600$ Pa.

Dạng 3: Tăng hay giảm áp suất?

Cách làm: xem cách đó thay đổi $F$ hay $S$ . $F$ tăng hoặc $S$ giảm → áp suất tăng; $F$ giảm hoặc $S$ tăng → áp suất giảm.

Bài 5. Mỗi cách sau làm tăng hay giảm áp suất?
a) Mài mỏng lưỡi kéo. b) Xe tải chở nặng được lắp thêm nhiều bánh. c) Đóng đinh, đập búa mạnh hơn.

Đáp án

a) Tăng ( $S$ giảm). b) Giảm ( $S$ tăng). c) Tăng ( $F$ tăng, $S$ không đổi).

Dạng 4: So sánh và tính ngược

Cách làm: tính áp suất từng trường hợp rồi so sánh; muốn tìm diện tích thì $S = F : p$ , tìm áp lực thì $F = p \times S$ .

Bài 6. Bạn Nam nặng 500 N đứng trên hai ván trượt tuyết tổng 0,25 m². Chú mèo nặng 40 N, bốn bàn chân tổng 20 cm². Ai gây áp suất lớn hơn lên mặt tuyết?

Đáp án

Nam: $500 : 0{,}25 = 2\,000$ Pa. Mèo: $20\ \text{cm}^2 = 0{,}002\ \text{m}^2$ , $40 : 0{,}002 = 20\,000$ Pa. Chú mèo gây áp suất gấp 10 lần Nam dù nhẹ hơn nhiều.

Bài 7. Tủ nặng 1 500 N đặt trên sàn gỗ mỏng chịu được tối đa 6 000 Pa. Tấm đế kê dưới tủ phải có diện tích ít nhất bao nhiêu?

Đáp án

$S = F : p = 1\,500 : 6\,000 = 0{,}25\ \text{m}^2$ (ví dụ tấm đế vuông cạnh 50 cm).

Trò chơi ở nhà (5 phút): "Dấu chân trên bột"

Rải một lớp bột mì (hoặc muối) mỏng, phẳng trên khay.
Lần lượt ấn nhẹ bằng cùng một lực: đầu đũa, đáy cốc, lòng bàn tay. So sánh vết lõm.
Giữ nguyên đáy cốc, ấn mạnh hơn. Vết lõm thay đổi thế nào?
Đi tìm trong nhà 3 đồ vật được làm để tăng áp suất (dao, kéo, kim…) và 3 đồ vật để giảm áp suất (quai túi bản to, chân bàn có đế…). Ai tìm được nhiều hơn thắng!