Cập nhật nội dung chi tiết về Đôi Điều Về Lực Đẩy Archimede Và Áp Suất Chất Lỏng mới nhất trên website Sieuphampanorama.com. Hy vọng thông tin trong bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu ngoài mong đợi của bạn, chúng tôi sẽ làm việc thường xuyên để cập nhật nội dung mới nhằm giúp bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất.
Được phát hiện bởi nhà bác học lỗi lạc Archimede khi ông tìm cách giải quyết nhiệm vụ mà vua Hiéron II giao, đó là kiểm tra xem vương miệng mà người thợ kim hoàn đúc có thực sự hoàn toàn bằng vàng hay không. Trước đấy, trong lúc tắm ông đã khám phá ra rằng mỗi lần ngâm mình trong nước thì cảm thấy người nhẹ nhõm hơn, rằng như có một lực đẩy tác dụng lên người mình vậy. Và nhờ đó ông đã tìm ra được lời giải cho bài toán vương miện mà ông đang trăn trở, chi tiết ngay sau đó thì đã đi vào sử sách khi ông quên mặc đồ mà chạy ra đường và hét lên Eurêka !
Archimede đã tìm ra rằng, bất kỳ vật nào khi ngâm trong chất lỏng đều chịu tác dụng bởi một lực đẩy bằng với trọng lượng chất lỏng mà vật đó chiếm chỗ, nghĩa là tỷ lệ thuận với thể tích của vật đó. Nếu đúc một lượng vàng có trọng lượng bằng với chiếc vương miệng, thì do bạc có trọng lượng riêng nhỏ hơn vàng nên nếu vương miện có trộn lẫn bạc thì nó sẽ có thể tích lớn hơn thể tích của lượng vàng có cùng trọng lượng. Vì vậy nếu đặt vương miện và khối vàng cùng trọng lượng vào cân đĩa, thì ban đầu cân sẽ cân bằng do 2 vật có trọng lượng như nhau. Nhưng nếu nhúng 2 đĩa cân vào 2 thùng nước, nếu cân vẫn cân bằng thì vương miện có cùng với thể tích với khối vàng, nếu không, lực đẩy Archimede lên hai vật khác nhau do đó vương miện sẽ không được đúc hoàn toàn bằng vàng.
Công thức đầy đủ về lực đẩy Archimede viết dưới dạng như sau:
Với là khối lượng riêng của chất lỏng. Dấu trừ thể hiện lực đẩy ngược hướng với vecto gia tốc trọng trường g. Chú ý rằng công thức này đúng với hình dạng bất kỳ của vật.
Lực đẩy Archimede được giải thích như thế nào? Trước hết ta sẽ giải thích một cách định tính là do tính chất tăng dần theo độ sâu của áp suất chất lỏng, nên dẫn đến sự chênh lệch áp suất tác dụng lên mặt trên và mặt dưới của vật ngâm trong chất lỏng: áp suất tác dụng lên mặt dưới lớn hơn áp suất tác dụng lên mặt trên. Sự chênh lệch áp suất này làm xuất hiện một lực đẩy tác dụng lên vật.
Để chứng minh công thức về lực đẩy archimede đối với một vật có hình dạng bất kỳ, ta cần sử dụng đến một số công cụ tích phân. Nhưng trước hết ta xét trường hợp đặc biệt một vật có hình dạng bất kỳ nổi trong một bình chứa hình trụ (khối lượng riêng của vật nhỏ hơn hoặc bằng khối lượng riêng của chất lỏng). Giả sử bình nước được đặt lên một cái cân như hình vẽ.
Khi thả vật vào bình, mực nước dâng lên một lượng x nào đó, dẫn đến áp suất tại đáy bình tăng thêm một lượng . Do đó áp lực tổng cộng tại đáy tăng thêm , mà xS bằng thể tích phần nước dâng lên cũng là thể tích của vật. Do đó áp lực tăng thêm bằng với trọng lượng nước mà vật chiếm chỗ, và số chỉ cân tăng thêm một lượng bằng với khối lượng nước vật chiếm chỗ. Hơn nữa, sự tăng số chỉ của cân có thể giải thích theo một cách khác khi xem hệ bình nước+ vật nổi là một hệ kín, do đó số chỉ cân tăng thêm một lượng đơn giản là do vật thêm vào, và bằng với khối lượng của vật. Vì vậy trọng lượng phần nước tăng thêm bằng với trọng lượng của vật. Mặt khác vì vật nổi nên trọng lượng của vật bằng với lực đẩy Archimede. Cuối cùng, cho ta lực đẩy Archimede tác dụng lên vật bằng với trọng lượng phần nước mà vật chiếm chỗ.
Xét trường hợp tổng quát, bình có hình dạng bất kỳ, miễn là vật được nhúng trong chất lỏng, xét một mẩu diện tích dS trên vật sẽ bị chất lỏng tác dụng một áp lực có dạng:
Với p là áp suất tại mẩu diện tích dS đang xét. Ta cần tính tổng áp lực tác dụng lên vật, tức là cần xác định tích phân:
Tiếp theo, ta cần một chút kỹ thuật về toán học. Xét một trường vecto u đều và khác không. Nhân hai vế phương trình ở trên cho , ta được:
Mặt khác theo công thức Leibniz cho giải tích vecto, ta có:
Vì div của trường vectơ đều bằng 0 nên:
Thay vào biểu thức ở trên ta được:
Do đó ta thu được:
Mặt khác, áp dụng công thức cơ bản của động lực học chất lỏng:
Vì vậy:
Ta đã chứng minh được công thức về lực đẩy Archimede cho trường hợp tổng quát bằng một kỹ thuật toán học hay như trên. Ta sẽ sử dụng ý tưởng ở trên để xét một tính chất khá đặc biệt của chất lỏng đó là tổng áp lực tại đáy của một bình đựng chất lỏng chỉ phụ thuộc vào độ cao cột chất lỏng chứa trong bình đó, chứ không phụ thuộc vào hình dạng của bình chứa. Câu trả lời cũng chỉ đơn giản là do áp suất tại đáy bình chỉ phụ thuộc vào độ cao cột chất lỏng. Tuy nhiên, bạn có bao giờ thắc mắc rằng tại sao khi đổ nước vào bình thì áp lực tại đáy bình không bằng với trọng lượng nước đổ vào ? Có nghĩa là, hãy tưởng tượng nếu ta dùng một cái cân có hình dạng trùng với hình dạng đáy bình rồi đặt nó vào bên trong bình như hình vẽ dưới, thì khi đổ nước vào bình, tại sao cân không chỉ khối lượng nước đổ vào bình ?
Điều này thoạt đầu tưởng chừng như nghịch lý nhưng nếu phân tích ra, thì số chỉ của cân trong trường hợp này đơn giản chỉ là tổng áp lực của nước gây ra lên bàn cân (các loại cân bàn chỉ đo áp lực, tức trọng lượng của vật bằng đơn vị N, sau đó mới chia cho g để cho ra khối lượng) . Ta đã biết áp suất do nước gây ra trên mặt cân chỉ phụ thuộc vào độ cao từ mặt cân đến mặt thoáng nước H, tức , do đó nếu S là diện tích mặt cân thì cân sẽ chỉ giá trị: . Do đó cân chỉ khối lượng nước đựng trong cái bình có thành song song và vuông góc với 2 đáy có dạng mặt cân như hình vẽ.
Đến đây ta vẫn chưa giải thích rõ ràng rằng tại sao cân không đi cân phần nước đổ vào mà lại đi cân cái phần nước “giả tạo” như hình trên? Chúng ta nhấn mạnh rằng cân chỉ đo áp lực nước tác dụng lên mặt cân. Nguyên nhân ở đây là do thành bình của chúng ta. Theo định luật 3 Newton về phản tác dụng, nước tác dụng áp lực lên thành bình, thì thành bình cũng sẽ “đáp trả” lại nước một lực tương tự. Do đó, áp lực của nước lên bàn cân, ngoài do trọng lượng của khối nước gây ra, còn do tổng phản lực của thành bình gây lên khối nước.
Một diện tích dS trên thành bình sẽ gây ra phản lực dN có dạng:
Với p là áp suất do nước gây ra tại dS. Tổng phản lực do thành bình tác dụng lên khối nước:
Bằng cách áp dụng phương pháp như đã trình bày ở trên với lực đẩy Archimede, ở đây ta sử dụng trường vectơ đều có phương thẳng đứng (chẳng hạn trường ), ta sẽ tìm được tổng phản lực do thành bình tác dụng lên khối nước có dạng:
Với , là khối lượng phần nước màu cam và màu xám như hình trên. Nhận thấy rằng từ đó nếu tính tổng áp lực tác dụng lên bàn cân, gồm trọng lượng nước trong bình và tổng áp lực thành bình tác dụng, thì ta sẽ thu được trọng lượng phần nước chứa trong cái bình “tưởng tượng” như đã nói ở trên. Như vậy, việc đặt cân ở ngoài và ở trong bình sẽ cho ta những số chỉ khác nhau. Nếu ta đặt cân ở ngoài, ta đã xem bình + nước là một hệ kín nên số chỉ của cân là tổng khối lượng của hệ đó.
Lực đẩy Archimede được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, đặc biệt là trong hàng hải, rằng giải thích vì sao các con tàu nặng hàng nghìn tấn vẫn có thể nổi trên biển, hoặc kinh khí cầu bay lên trời là nhờ một phần lực đẩy Archimede áp dụng cho không khí. Ngoài ra từ thời xưa, Galileo đã sáng chê ra dụng cụ đo độ biến thiên nhiệt độ của nước bằng cách đặt vào bên trong một ống đựng nước các vật nổi. Khi nhiệt độ thay đổi, khối lượng riêng của nước thay đổi dẫn đến trạng thái nổi-chìm của vật trong ống thay đổi.
Ngoài ra, người ta còn chế tạo một loại đồ chơi khá hay tên là “thợ lặn”. Được mô tả như hình dưới. Bằng cách làm thay đổi thể tích của bình nước (ấn vào miệng bình chẳng hạn), thì vật ở bên trong sẽ chìm xuống, khi thôi ấn vào miệng bình, thì vật sẽ lại nổi lên. Nguyên nhân vì sao, mình dành cho các bạn giải thích.
Còn nhiều ở đấy các ứng dụng hay của lực đẩy Archimede, do khuôn khổ bài viết nên mình chỉ nêu một vài ứng dụng nổi bật.
Share this:
Like this:
Like
Loading…
Related
Áp Suất Chất Lỏng Là Gì ? Giải Pháp Đo Áp Suất Chất Lỏng
Kiến thức chuyên ngành
Áp suất chất lỏng là một lực đẩy của chất lỏng truyền trong các đường ống. Lực đẩy càng nhanh thì áp suất càng mạnh; lực đẩy càng yếu thì áp suất càng thấp. Chât lỏng ở đây có thể là nước; dầu…
Không chỉ áp suất chất lỏng; mà tất cả áp suất các lưu chất như chất khí; khí nén hoàn toàn như nhau
Trên một đường ống bơm nước; nếu tăng áp lực máy bơm lên thì lượng nước chảy vào bồn nhanh đầy. Lúc này; áp suất trong đường ống đang tăng mạnh
Hoặc ta dùng bơm xe đạp đẩy một lực hơi mạnh vào một quả bóng bay; lúc này lượng khí va vào thành quả bóng làm cho quả bóng căng phồng ra. Đây chính là một áp lực khí hay còn gọi là áp suất khí
Áp suất chất lỏng bình thông nhau là áp suất đo được từ 2 bình gắn vào nhau thông qua một đường ống hoặc nhieuf đường ống; chất lỏng ở 2 bình thông nhau luôn đứng yên và có chung một chiều cao h
Công thức tính áp suất chất lỏng
Cách tính áp suất chất lỏng được sử dụng theo công thức:
P là áp suất đo được. Đơn vị là newton trên mét khối ( N/m3)
H là chiều sâu từ mặt chất lỏng xuống đáy bình chứa. Đơn vị đo là mét ( m)
D là khối lượng riêng của lưu chất ( có thể là chất lỏng; chất khí; ,….)
Đây cũng là công thức tính áp suất nước thường dùng
Ngoài cái công thức tính áp suất chất lỏng phía trên dùng tỏng học tập thi cử. Thì hiện nay; trong các nhà máy công nghiệp đã có các loại thiết bị đo áp suất chất lỏng như các loại cảm biến đo áp suất với những dãy đo áp suất đa dạng và khả năng chính xác cao
Những khả năng đo áp suất chất lỏng của các loại cảm biến áp suất Châu Âu
Áp suất chất lỏng phụ thuộc vào những yếu tố nào ?
Theo công thức tính áp suất chất lỏng P = d.h
Cho thấy áp suất chất lỏng phụ thuộc vào 2 yếu tố chính đó là chiều cao cột mét nước hay còn gọi chiều cao chất lỏng trong bồn; trong bình…
Chiều cao h càng lớn thì áp suất càng lớn và ngược lại
Thứ 2 đó chính là khối lượng riêng hay trọng lượng riêng của từng loại lưu chất
Một yêu tố rất quan trọng chỉ trong thực tế mới biết được đó chính là yếu tố nhiệt độ
Cùng một nồi nước chiều cao như nhau; trọng lượng như nhau nhưng đối với nồi nước có nhiệt độ cao thì áp suất sẽ lớn hơn rất nhiều so với nồi chứa nước nhiệt độ ở mức bình thường.
Áp Suất Chất Lỏng Và Những Vấn Đề Cơ Bản Liên Quan
Áp suất chất lỏng là gì? Ví dụ về áp suất chất lỏng. Phân loại áp suất. Công thức tính áp suất chất lỏng. Sự tồn tại của áp suất trong lòng chất lỏng. Áp suất chất lỏng phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Áp suất chất lỏng được hiểu là một lực đẩy của chất lỏng truyền trong các đường ống. Chất lỏng có thể là nước hoặc dầu,…
Theo đó, lực đẩy càng nhanh thì áp suất càng mạnh và lực đẩy càng yếu thì áp suất càng thấp.
Hoặc nói cách khách, áp suất chất lỏng tại một điểm bất kì trong lòng chất lỏng là giá trị áp lực lên một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó.
VÍ DỤ VỀ ÁP SUẤT CHẤT LỎNG
Một số ví dụ cụ thể về áp suất chất lỏng:
Ví dụ 1: Trong một đường ống bơm nước, nếu tăng áp lực máy bơm lên thì lượng nước chảy vào bồn nhanh đầy. Khi đó, áp suất trong đường ống đang tăng mạnh
Ví dụ 2: Áp suất chất lỏng bình thông nhau là áp suất đo được từ 2 bình gắn vào nhau thông qua một đường ống hoặc nhiều đường ống, chất lỏng ở 2 bình thông nhau luôn đứng yên và có chung một chiều cao h
Áp suất tuyệt đối là tổng áp suất gây ra bởi cả khí quyển và cột chất lỏng tác dụng lên điểm trong lòng chất lỏng.
p0 là áp suất khí quyển
là trọng lượng riêng của chất lỏng
h là độ sâu thẳng đứng từ mặt thoáng chất lỏng đến điểm được xét
Áp suất tương đối là áp suất gây ra chỉ do trọng lượng của cột chất lỏng. Cũng có thể hiểu áp suất tương đối là hiệu giữa áp suất tuyệt đối và áp suất khí quyển.
Nếu áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển thì ta được áp suất chân không. Áp suất tương đối còn được gọi là áp suất dư
Ký hiệu: ptđ, pdư
CÔNG THỨC TÍNH ÁP SUẤT CHẤT LỎNG
Áp suất của chất lỏng được tính bằng tích của trọng lượng riêng của chất lỏng và độ sâu tính từ điểm tính áp suất tới mặt thoáng chất lỏng.
Khái Niệm Về Áp Lực, Áp Suất Và Những Đơn Vị Đo Chuẩn
Có thế thấy rằng áp suất chính là một đại lượng vật lý và được định nghĩa là lực tác động trên một đơn vị diện tích và được đo theo theo chiều vuông góc với bề mặt của vật thể. Hoặc bạn có thể hiểu đơn giản hơn là áp suất được sinh ra do lực tác động lên trên một bề mặt theo chiều vuông góc.
Hiện nay, trong hệ đo lường quốc tế (SI) thì đơn vị của áp suất chính là đơn vị của lực trên diện tích và có thể hiểu là Newton trên mét vuông (N/m2). Đơn vị đó còn được gọi là Pascal (Pa) – tên nhà vật lý, toán học đại tài người Pháp Blaise Pascal.
Trong đó thì 1 Pa sẽ thường tương đương với 1 N/m2.
Ngoài ra, bạn hoàn toàn có thể thấy những đơn vị đo áp suất này trên một số model máy móc. Do đó mà tùy theo từng khu vực riêng biệt mà sẽ có đơn vị đo công suất khác nhau như: ở châu Mỹ thường dùng PSI, châu Á thường dùng Pa, còn Bar thường được dùng ở châu Âu. Tuy nhiên ở Việt Nam thì hầu hết các loại máy móc đều đa phần được nhập khẩu do đó mà được sử dụng tất cả các đơn vị đo kể trên.
Đơn vị đo áp suất thường được đo là: paxcan (Pa) (1 Pa = 1 N/m2).
Đối với đơn vị đo áp suất trong hệ thống đo lường hợp pháp tại Việt Nam thì paxcan: 1 Pa = 1 N/m2. Tuy nhiên, do Pa quá nhỏ nên thông thường trong thực tế, người ta hay dùng đơn vị lớn hơn là bar là: 1 bar = 105 Pa
Ngoài ra, người ta hay dùng atmotphe để làm đơn vị áp suất. Atmotphe thường là áp suất được gây bởi một cột thủy ngân cao 76 cm vì vậy mà: 1 at = 103360 Pa.
Bên cạnh đó người ta còn dùng áp kế để đo áp suất.
Vai trò của việc đo áp suất
Ngoài ra, áp suất còn là một đại lượng có mức độ phổ biến cao, do đó mà bạn hoàn toàn có thể bắt gặp ở bất cứ đâu như: trường học, công ty, nhà máy, bệnh viện… hoặc ngay cả trong cơ thể.
Do đó mà, quá trình đo áp suất thường đóng vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống, cũng như để đảm bảo cho các loại máy móc có thể vận hành ổn định và an toàn như: máy rửa xe, máy nén khí, máy nén khí piston …
Bên cạnh đó, nếu quá trình áp suất không được đo đạc thường xuyên, sẽ khiến người dùng không thể kiểm soát được. Trong nhiều trường hợp nếu áp suất vượt quá mức cho phép sẽ gây phát nổ và thường ảnh hưởng trực tiếp tới con người và những cảnh quan sinh thái xung quanh.
Áp lực là gì? – Áp lực chính là lực tác động lên trên diện tích của bề mặt một vật. Lực ép này vuông góc với diện tích của bề mặt chịu lực. Có thể nói rằng áp lực chính là đại lượng véc-tơ. Tuy nhiên vì xác định được phương (vuông góc bề mặt chịu lực) và chiều (hướng mặt chịu lực) nên áp lực thường được chỉ về độ lớn (cường độ).
Do đó mà đơn vị đo áp lực là: Newton(N)
Vì vậy mà trong công nghiệp, áp lực thường được ứng dụng rất phổ biến và thường được dùng để đo các loại áp suất của khí hay chất lỏng. Đơn vị này được sử dụng rất phổ biến như : các thiết bị máy nén khí, trạm bơm hay các nhà máy xử lý nước…
Cách tính chuyển đổi đơn vị áp lực chuẩn
Theo “hệ thống cân lường” thì đơn vị qui đổi theo đơn vị áp lực 1 bar chuẩn
1 bar = 2088.5 ( pound per square foot )
1 bar = 14.5 Psi ( pound lực trên inch vuông )
1 bar = 0.0145 Ksi ( kilopoud lực trên inch vuông )
Theo “cột nước” mà đơn vị qui đổi theo đơn vị áp lực chuẩn 1 bar
1 bar = 1019.7 cm nước ( cmH2O )
1 bar = 401.5 inc nước ( inH2O )
1 bar = 10.19 mét nước ( mH2O )
Theo “hệ mét” mà đơn vị qui đổi theo đơn vị đo áp lực 1 bar chuẩn
1 bar = 0.1 Mpa ( megapascal )
1 bar = 1.02 kgf/cm2
1 bar = 100 kPa ( kilopascal )
1 bar = 1000 hPa ( hetopascal )
1 bar = 100000 Pa ( pascal )
1 bar = 1000 mbar ( milibar )
1 bar = 10197.16 kgf/m2
Theo “thuỷ ngân ” thì đơn vị qui đổi theo đơn vị áp lực chuẩn 1 bar
1 bar = 29.5 inHg ( inch of mercury )
1 bar = 750 mmHg ( milimetres of mercury )
1 bar = 750 Torr
1 bar = 75 cmHg ( centimetres of mercury )
Theo “áp lực” mà đơn vị qui đổi theo đơn vị áp lực 1 bar chuẩn
1 bar = 1.02 technical atmosphere
1 bar = 0.99 atm ( physical atmosphere )
Như vậy, chúng ta có thể biết được 1 bar qui đổi ra các đơn vị khác tương đương. Tuy nhiên nếu bạn muốn qui đổi ngược lại các các đơn vị áp lực như: PSI, Kpa, Mpa, atm, cmHg, mmH20, BAR hoặc một số các đơn vị khác thì thường rất khó khăn .
Bạn đang đọc nội dung bài viết Đôi Điều Về Lực Đẩy Archimede Và Áp Suất Chất Lỏng trên website Sieuphampanorama.com. Hy vọng một phần nào đó những thông tin mà chúng tôi đã cung cấp là rất hữu ích với bạn. Nếu nội dung bài viết hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!