Bài tập áp suất thủy tĩnh
NộI Dung:
Các áp lực nước Nó là chất tạo ra chất lỏng ở trạng thái cân bằng tĩnh tại bất kỳ điểm nào bên trong nó, có thể là bề mặt chìm trong nó, thành bình chứa hoặc một phần chất lỏng tạo thành một phần của tổng khối lượng.
Bạn đang xem: Bài tập áp suất thủy tĩnh
Cách chất lỏng tạo áp suất khác với chất rắn. Các chất này tạo ra áp suất giảm xuống, nhưng chất lỏng hoặc chất khí lại làm như vậy theo mọi hướng.
Khi nói đến chất lỏng, áp suất tăng lên theo độ sâu, như đã biết từ kinh nghiệm khi nhấn chìm trong nước, trong đó có cảm giác áp suất tăng lên trong tai. Áp lực này đến từ trọng lượng của chất lỏng và chuyển động không ngừng của các phần tử tạo nên nó, liên tục đập vào bề mặt của cơ thể chìm trong chất lỏng.
Nếu chúng ta giả sử một chất lỏng không nén được - điều này đúng trong đại đa số các ứng dụng - thì mật độ của nó không đổi và trong trường hợp này, áp suất phụ thuộc tuyến tính vào độ sâu.
Công thức
Áp suất thủy tĩnh được tính theo biểu thức sau:
P = PATM + ρ · g · h
Ở đâu:
-P áp suất tác dụng tại một điểm
-PATMlà áp suất của khí quyển ở bề mặt tự do
-ρ là khối lượng riêng của chất lỏng
-g là gia tốc trọng trường
-h là độ sâu mà bạn muốn tính áp suất thủy tĩnh
Công thức bao gồm các tác động của khí quyển, nhưng nhiều đồng hồ đo áp suất hoặc áp kế đặt 0 trong áp suất khí quyển, vì lý do này mà chúng đo được là áp suất chênh lệch hoặc áp suất tương đối, còn được gọi là đo áp suất:
Pm = ρ · g · h
Đối với chất khí, chúng nén hoặc giãn nở rất dễ dàng. Do đó, mật độ của nó, là tỷ số giữa khối lượng và thể tích, thường là một hàm của các thông số khác, chẳng hạn như độ cao và nhiệt độ, trong trường hợp của khí khí quyển.
Áp suất mà chất khí tạo ra thường được gọi là áp suất khí tĩnh, thuật ngữ áp suất thủy tĩnh được dành cho chất lỏng.
Ví dụ về áp suất thủy tĩnh
Áp suất thủy tĩnh chỉ phụ thuộc vào độ sâu, do đó hình dạng hoặc diện tích của đế chứa không liên quan.
Vì áp suất P được xác định là thành phần vuông góc của lực F trên một đơn vị diện tích A nên:
P = F / A
Khi đó, lực do chất lỏng tác dụng ở đáy bình chứa có thể khác nhau, nhưng vì nó được phân bố trên các phần mở rộng khác nhau nên áp suất, là tỷ lệ lực / diện tích, là như nhau đối với các điểm ở cùng độ sâu.
Hãy xem xét các thùng chứa trong hình. Áp suất là như nhau đối với tất cả các chấm đỏ ở cùng mức, mặc dù có một lượng chất lỏng lớn hơn mức này trong bình chứa trung tâm - rộng hơn - so với ống hình trụ và mỏng ở cực trái. .
Kết cấu có liên quan đến áp suất thủy tĩnh
- Tường của đập: mặc dù lực như nhau đối với tất cả các điểm của đáy phẳng nhưng trên tường thẳng đứng nó lớn dần khi chiều sâu tăng lên, do đó tường chắn ở đáy rộng hơn ở đỉnh.
-Trên thành và đáy hồ bơi.
-Trong các ngôi sao như Mặt trời của chúng ta, nơi áp suất thủy tĩnh cân bằng lực hấp dẫn và giữ cho ngôi sao hoạt động. Khi sự cân bằng này bị phá vỡ, ngôi sao sẽ sụp đổ và trải qua những thay đổi nghiêm trọng trong cấu trúc của nó.
Xem thêm: Đồ Chơi Bắn Súng Cuộc Chiến Hai Anh Em Bắn Súng Nerf, Đồ Chơi Bắn Súng Nerf
- Các bồn chứa chất lỏng, được thiết kế để chống lại áp suất thủy tĩnh. Không chỉ các bức tường, mà còn các cổng tạo điều kiện cho việc lấp đầy và khai thác. Đối với thiết kế của nó, nó được tính đến nếu chất lỏng có tính ăn mòn cũng như áp suất và lực nó tác động theo tỷ trọng của nó.
- Bóng bay và bóng bay, được thổi phồng lên sao cho chúng chống lại áp suất của chất lỏng (khí hoặc chất lỏng) mà không bị rách.
- Bất kỳ vật thể ngập nước nào chịu lực đẩy hướng lên theo phương thẳng đứng, hoặc "nhẹ đi" trọng lượng của nó, nhờ áp suất thủy tĩnh do chất lỏng tạo ra. Điều này được gọi là Nguyên tắc của Archimedes.
Bài tập
Nguyên lý của Archimedes nói rằng khi một vật thể bị ngập nước, hoàn toàn hoặc một phần, nó sẽ chịu một lực thẳng đứng hướng lên, được gọi là lực đẩy. Độ lớn của lực đẩy bằng số bằng trọng lượng của một thể tích nước mà vật đó dịch chuyển.
Hãy để ρdịch mật độ của chất lỏng, VS khối lượng phần chìm, g gia tốc trọng trường và B là độ lớn của lực đẩy, ta có thể tính toán bằng biểu thức sau:
B = ρdịch .VS .g
- Bài tập 1
Một khối hình chữ nhật có kích thước 2,0 cm x 2,0 cm x 6,0 cm nổi trong nước ngọt với trục dài nhất là phương thẳng đứng. Chiều dài của khối nhô lên trên mặt nước là 2,0 cm. Tính khối lượng riêng của khối.
Giải pháp
Các lực tác dụng lên khối là trọng lượng W xuống và đẩy B trở lên. Khi khối nổi ở trạng thái cân bằng, chúng ta có:
∑ FY = B - W = 0
B = W
Độ lớn của trọng lượng W là tích của khối lượng m của khối và gia tốc trọng trường. Chúng ta sẽ sử dụng định nghĩa của mật độ ρhoặc là là thương số giữa khối lượng m và âm lượng V của khối:
ρhoặc là = m / V → m = ρhoặc là . V
Về phần mình, lực đẩy là:
B = ρdịch .VS .g
Độ lớn của lực đẩy và độ lớn của trọng lượng bằng nhau:
ρdịch .VS .g = ρhoặc là . V.g
Trọng lực bị hủy bỏ như một yếu tố ở cả hai phía và mật độ của khối có thể được giải quyết như:
ρhoặc là = ρdịch . (VS / V)
Tỷ trọng của nước theo đơn vị Hệ thống quốc tế là 1000 kg / m3. Tổng thể tích V và V chìmS, được tính bằng V = chiều rộng x chiều cao x chiều sâu:
V = 2,0 cm x 2,0 cm x 6,0 cm = 24,0 cm3
VS = 2,0 cm x 2,0 cm x 4,0 cm = 16,0 cm3
Giá trị thay thế:
ρhoặc là = ρdịch . (VS / V) = 1000 kg / m3 . (16/24) = 667 kg / m3
- Bài tập 2
Tính phần trăm thể tích phần chìm của một tảng băng nổi trong nước biển ở 0 ºC.
Giải pháp
Băng nổi trên mặt nước, vì mật độ của nó thấp hơn: 916,8 Kg / m3, có nghĩa là nó nở ra khi nguội đi, không giống như hầu hết các chất, thể tích tăng lên khi nóng lên.
Đó là một hoàn cảnh rất may mắn cho cuộc sống, vì khi đó những khối nước chỉ đóng băng trên bề mặt, còn chất lỏng ở độ sâu.
Tỷ trọng của nước biển cao hơn một chút so với nước ngọt: 1027 Kg / m3. Chúng ta sẽ tính phần thể tích VS / V:
VS / V = ρhoặc là / ρdịch = 916,8 Kg / m3 / 1027 Kg / m3 = 0.8927
Điều này có nghĩa là khoảng 89% băng vẫn chìm dưới nước. Chỉ 11% là có thể nhìn thấy nổi trên biển.
