Chúng ta thường nghe thấy nhiều về khái niệm áp suất chất lỏng trong các chương trình học phổ thông cũng như trong cuộc sống thường ngày. Tuy nhiên, ít ai hiểu rõ hay có cái nhìn toàn diện về áp suất chất lỏng. Vậy qua bài viết hôm nay, chúng tôi sẽ gửi đến bạn những thông tin cụ thể cũng như công thức tính áp suất chất lỏng và giải thích một cách cụ thể, chi tiết nhất.
Áp suất chất lỏng là gì?
Áp suất của chất lỏng tại một điểm bất kỳ trong lòng chất lỏng chính là giá trị áp lực lên một đơn vị diện tích ở điểm đó. Hiểu đơn giản, đó là lực đẩy của chất lỏng được truyền trong đường ống. Lực đẩy của chất lỏng càng nhanh thì áp suất sẽ càng mạnh và ngược lại.
Để dễ hiểu hơn, ta có ví dụ cụ thể như sau: Trong một đường ống bơm nước, ta chỉnh áp lực bơm của máy bơm tăng lên cao. Khi đó, ta sẽ thấy lượng nước trong ống chảy nhanh hơn và bể chứa nước sẽ nhanh chóng đầy. Áp suất trong đường ống dẫn nước lúc này cũng đang được tăng mạnh.
Áp suất chất lỏng bình thông nhau đo được từ 2 bình gắn vào nhau bằng 1 hay nhiều đường ống. Đồng thời, trong bình có chứa cùng loại chất lỏng thì khi đó, các mặt thoáng của nó ở các nhánh khác nhau đều có cùng một độ cao như nhau. Áp suất được phân thành 2 loại, đó là áp suất tuyệt đối và áp suất tương đối.
Áp suất tuyệt đối
Đây là tổng áp suất được gây ra bởi cả 2 yếu tố là cột chất lỏng và khí quyển tác dụng lên điểm ở trong lòng chất lỏng.
Ví dụ như khi ta dùng đồng hồ áp suất đo được một giá trị bằng 10bar, thì khi đó áp suất tuyệt đối sẽ bằng giá trị áp suất tương đối cộng với áp suất khí quyển (1bar hoặc 1 atmosphere). Lúc này, áp suất tuyệt đối sẽ có kết quả là 11bar.
Áp suất tuyệt đối được ký hiệu là Pa, và công thức tính áp suất chất lỏng tuyệt đối là: Pa = P0 + γ.h
Trong đó:
- P0 là áp suất của khí quyển.
- γ chính là trọng lượng riêng của chất lỏng đang được tính.
- h là độ sâu thẳng đứng tính từ mặt thoáng chất lỏng đến điểm đang xét.
Áp suất tương đối
Áp suất tương đối là áp suất chỉ đo trọng lượng của cột chất lỏng gây ra. Hiệu giữa áp suất tuyệt đối và áp suất khí quyển được hiểu là áp suất tương đối. Trong trường hợp áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất của khí quyển, ta sẽ có được áp suất chân không. Áp suất tương đối còn được gọi bằng tên khác là áp suất dư.
Áp suất khí quyển thường bằng khoảng 100 kPa ở mực nước biển. Có 90% các thiết bị đo áp suất hiện nay đo theo thang đo áp suất tương đối. Sản phẩm cảm biến áp suất đo 0 đến 100 Bar.
Ký hiệu: Ptđ, Pdu
Công thức tính của áp suất chất lỏng tương đối là: Pdu = γ.h
Đơn vị tính áp suất chất lỏng
Việc sử dụng công thức tính áp suất chất lỏng để đo áp suất và sử dụng đơn vị đo áp suất là việc được dùng phổ biến nhất hiện nay. Tuy nhiên tùy theo từng khu vực sản xuất thiết bị khác nhau lại có các đơn vị khác nhau. Điều này gây khó khăn cho người dùng, và để tiện cho việc đo áp suất kết hợp với đọc chính xác giá trị áp suất.
Đơn vị Pa
Pascal có ký hiệu là Pa, là đơn vị đo áp suất nằm trong hệ đo lường quốc tế (SI). Đơn vị Pa được đặt theo tên của một nhà toán học và vật lý nổi tiếng là Blaise Pascal – người Pháp.
Đây cũng chính là đơn vị đo áp suất được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, đặc biệt là tại châu Á. Ngoài là đơn vị tính áp suất chất lỏng, đơn vị đo Pa còn được ứng dụng đo phổ biến trong xây dựng, trong sản xuất công nghiệp: thép, điện, máy én khí, máy chân không,…
Đơn vị đo áp suất Kpa
Kilopascal có ký hiệu là Kpa, là đơn vị đo áp suất tính dựa trên sự quy đổi từ Pa. Theo đó, ta có cách quy đổi chính xác như sau: 1KPa = 1000Pa.
Kpa cũng được coi là một đơn vị được sử dụng phổ biến như Pa. Sử dụng đơn vị đo áp suất Kpa nhằm hạn chế tình trạng ghi chép số liệu mất nhiều thời gian và phức tạp khi áp suất Pa có quá nhiều chữ số 0.
Hiện nay, Kpa đã được đưa vào làm đơn vị hiển thị của các loại đồng hồ đo áp suất của các loại máy móc. Kpa được dùng nhiều để đo áp suất chất lỏng, chất khí như máy bơm, máy hút chân không.
Bar là đơn vị của công thức tính áp suất chất lỏng
Bar được cũng xem là một đơn vị đo áp suất phổ biến nhưng không được liệt kê vào danh sách đơn vị đo lường quốc tế (SI). Bar được sử dụng phổ biến nhất là tại các nước châu Âu như Đức, Pháp. Anh.
Từ Bar có thể biến đổi thành các đơn vị nhỏ hơn hoặc lớn hơn là mbar hay Kbar. Đây đều là những đơn vị đo áp suất quen thuộc để dùng xác định áp suất chân không, khí nén,…
Cách đổi từ Bar sang Pa: 1 Bar = 100.000 Pa.
Đơn vị đo Mpa
Mpa hay còn được gọi là Mage Pascal, là đơn vị đo áp suất trong hệ thống đo lường quốc tế (SI). Đây là đơn vị được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp sản xuất như dùng trong các loại đồng hồ đo của áp suất thủy lực, máy nén khí, áp suất lò hơi.
Các quy đổi như sau: 1 Mpa = 1 000 Kpa = 1 000 000 Pa.
Đa số các quốc gia tại châu Á ưu tiên sử dụng những đơn vị đo áp suất là MPa, KPa, Pa. Trong khi đó, tại các nước châu Mỹ lại thường sử dụng đơn vị đo là Psi, Kpsi. Còn đối với châu Âu, các nhà máy sản xuất thiết bị đo hay máy móc công nghiệp thường sử dụng đơn vị đo áp suất là Bar và Kg/cm2.
Các yếu tố làm ảnh hưởng đến áp suất chất lỏng
Với công thức tính áp suất chất lỏng là p = d.h, ta có thể thấy rằng áp suất chất lỏng sẽ phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố đó là trọng lượng riêng của chất lỏng và độ sâu của chất lỏng so với bề mặt tiếp xúc với không khí.
Phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chất lỏng đang xét
Với mỗi chất lỏng khác nhau sẽ có trọng lượng riêng khác nhau, vì thế mà áp suất của chúng tác động lên cùng một điểm với độ sâu như nhau sẽ khác nhau.Ví dụ như nước có trọng lượng riêng lớn hơn xăng, dựa vào công thức tính áp suất chất lỏng ta thấy được d và p tỷ lệ thuận. Vì vậy với cùng một điểm tại cùng một độ sâu thì áp lực ở điểm đó trong môi trường nước sẽ lớn hơn so với trong môi trường xăng.
Bên cạnh đó, trọng lượng riêng của chất lỏng sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì trọng lượng riêng lại càng lớn và ngược lại trọng lượng riêng chất lỏng thấp hơn khi nhiệt độ giảm xuống thấp hơn. Theo quan hệ bắc cầu thì yếu tố nhiệt độ cũng gây ảnh hưởng tới áp suất chất lỏng.
Phụ thuộc vào độ sâu của chất lỏng so với bề mặt thoáng
Với công thức tính áp suất chất lỏng đã ở nêu trên ta thấy rằng độ sâu và áp suất có tỷ lệ thuận với nhau. Ảnh hưởng của yếu tố này thể hiện rõ ràng nhất khi trong cùng một chất lỏng, tại những điểm có độ cao khác nhau thì áp suất chất lỏng tại đó cũng khác nhau.
Trong thực tế, kết luận này được chứng minh qua các đáy đại dương, càng xuống sâu thì áp suất sẽ càng lớn, do đó con người không thể lặn xuống quá sâu đại dương và tại các độ sâu khác nhau thì hệ sinh thái sinh vật biển cũng có sự đa dạng khác nhau.
Áp dụng công thức tính áp suất của chất lỏng vào trong thực tế, các bài tập tính toán ta có thể tính được áp suất tại một điểm bất kỳ trong lòng chất lỏng. Điều kiện là ta phải biết được độ sâu của điểm đó, và biết chất lỏng đó là gì.
Công thức tính áp suất chất lỏng cần biết
Công thức tính của áp suất chất lỏng được trình bày như sau: p = d.h
Trong đó:
- P là áp suất đo được, có đơn vị là newton trên mét khối ( N/m3).
- H là chiều sâu từ mặt chất lỏng xuống đáy bình chứa, có đơn vị đo là mét ( m).
- D là khối lượng riêng của lưu chất (có thể là chất lỏng hay chất khí ,….)
Ngoài ra, có một đơn vị khác để đo áp suất chất lỏng là atm (atmosphere). Quy đổi ra đơn vị Pa như sau: 1 atm=101325 Pa=101325 N/m².
Lưu ý: Đây cũng là công thức tính áp suất nước thường sử dụng. Và công thức tính áp suất chất lỏng này cũng có thể tính được áp suất tại một điểm bất kỳ trong lòng chất lỏng. Độ cao của chất lỏng khi đó chính là h – độ sâu của điểm đó so với mặt thoáng. Trong cùng một chất lỏng nằm ngang, tại những điểm có độ sâu như nhau thì độ lớn của áp suất tại những điểm đó là bằng nhau.
Ứng dụng của áp suất chất lỏng trong thực tiễn
Áp suất chất lỏng được ứng dụng nhiều trong cuộc sống thường ngày thông qua các thiết bị vô cùng quen thuộc. Dưới đây là một số ứng dụng của áp suất chất lỏng rất phổ biến mà ít ai biết đến:
- Máy nén thủy lực: là công cụ giúp ta dễ dàng nâng các vật nặng như xe hơi hay dùng để nén các vật. Nguyên lý hoạt động của dụng cụ này chính là dựa vào áp suất chất lỏng.
- Đài phun nước: Nó hoạt động dựa trên nguyên lý áp suất, nhờ máy bơm sẽ hút nước và đưa nước tới vòi phun. Dưới áp lực của máy bơm, nước được đẩy lên trên và tạo thành hình dáng như mong muốn.
- Hệ thống phanh xe: Khi đạp phanh, sẽ xảy ra quá trình lực truyền từ bàn đạp tới bầu trợ lực của phanh, sau đó các pít tông sẽ chuyển động nén lò xo và dầu trong xi lanh, từ đó làm tăng áp suất đẩy dầu đến các đường ống cùng với xi lanh của bánh xe. Giúp đẩy pít tông và guốc phanh ép sát vào với má phanh, sinh ra một lực ma sát làm xe giảm tốc độ.
Lời kết
Qua bài viết này, chúng tôi đã chia sẻ với bạn toàn bộ những thông tin quan trọng về áp suất chất lỏng cũng như công thức tính áp suất chất lỏng trong chương trình học phổ thông. Hy vọng với những thông tin này, bạn có thể vận dụng vào trong học tập hay công việc khi cần thiết.
