CHỦ ĐỀ 2. LỰC VÀ CHUYỂN ĐỘNG

BÀI 4: KHỐI LƯỢNG RIÊNG. ÁP SUẤT CHẤT LỎNG

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Định nghĩa về chất lưu.

Trả lời:

Chất lưu là một dạng của vật chất mà các hạt tự do di chuyển trong không gian.

Câu 2: Cho biết ví dụ về chất lưu trong tự nhiên.

Trả lời:

Nước trong sông, biển là một ví dụ về chất lưu tự nhiên.

Câu 3: Định nghĩa áp lực và giải thích cách nó liên quan đến chất lưu.

Trả lời:

Áp lực là lực tác động đối với một diện tích nhất định và liên quan đến áp lực của chất lưu.

2. THÔNG HIỂU

Câu 4: Tại sao chất lưu được mô tả bằng cả quy luật động học và động lực?

Trả lời:

Quy luật động học mô tả chuyển động của các hạt lưu, còn quy luật động lực mô tả lực tác động lên chúng.

Câu 5: Cho biết một ứng dụng thực tế của nguyên lý Archimedes trong chất lưu.

Trả lời:

Một ứng dụng thực tế là cân bằng của tàu, trong đó áp dụng nguyên lý nổi của Archimedes để giảm trọng lực.

3. VẬN DỤNG

Câu 6: Một người nặng 50 kg đứng thăng bằng trên một gót đế giày. Cho rằng tiết diện đế giày hình tròn, bằng phẳng, có bán kính 2 cm và g = 9,8 m/s². Áp suất của người đặt lên sàn là bao nhiêu?

Trả lời:

Áp lực do người tác dụng lên sàn bằng trọng lượng của người đó: F = P = mg.

Diện tích bị ép: S = π.R².

Áp suất cần tìm:

Câu 7: Tiết diện của pít tông nhỏ trong một cái kích thủy lực bằng 3cm². Để vừa đủ để nâng một ôtô có trọng lượng 15000N lên người ta dùng một lực có độ lớn 225N. Pít tông lớn phải có tiết diện là bao nhiêu?

Trả lời:

Kí hiệu S₁; F₁ là tiết diện và lực tác dụng lên pít tông nhỏ.

S₂; F₂ là tiết diện và lực tác dụng lên pít tông lớn.

Câu 8: Hình vẽ bên là mô hình của một ông tiêm. Tác dụng áp lực F = pS lên pittông, pittông chuyển động với vận tốc nhỏ bơm chất lỏng phụt ra với vận tốc v. Gọi p₀ là áp suất khí quyển, ρ là khối lượng riêng của chất lỏng. Công thức nào sau đây là công thức tính vận tốc v.

Trả lời:

Câu 9: Trong thí nghiệm bán cầu Ma-đơ-bua năm 1654, hai nửa hình cầu bán kính r = 30 cm úp khít vào nhau, rồi hút hết không khí bên trong. Người ta có thể tính được áp lực lên nửa bán cầu bằng công thức: π.r².(p_a – p), trong đó r là bán kính quả cầu, p_a là áp suất khí quyển bên ngoài, p là áp suất không khí bên trong quả cầu (vì không thể hút hết không khí để áp suất bên trong quả cầu bằng không), p p_a. Hai đàn ngựa khoẻ đều nhau, mỗi đàn 8 con, gắng sức lắm mới kéo bật hai bán cầu ra. Cho áp suất khí quyển bằng p_a = 1,013.10⁵ P_a, p = 0,01p_a. Lực mỗi con ngựa kéo là bao nhiêu?.

Trả lời:

Áp lực mà khí quyển tác dụng lên mỗi nữa hình cầu là:

F = π.r².(p_a – p) = 8.Fk (Fk là lực kéo của mỗi con ngựa)

→ Fk = π.r².(p_a – p) /8 = 3544,4 N

Câu 10: Lưu lượng nước trong một ống nằm ngang là 2m3/phút. Tại một điểm ống có bán kính 10cm thì vận tốc của chất lỏng trong ống là:

Trả lời:

Câu 11: Một tàu ngầm đang lặn ở độ sâu 96m so với mực nước biển. Tính áp lực tác dụng lên mặt kính cửa sổ của tàu biết rằng cửa sổ hình tròn bán kính 20cm. Cho khối lượng riêng của nước biển là 1,0.103 kg/m³ và áp suất khí quyển là pa = 1,01.105 N/m². Lấy g = 10m/s².

Trả lời:

Áp suất ở độ sâu h là: p = pa + ρ.g.h = 1,01.10⁵ + 1,0.10³ .10.96 = 10,61.10⁵ N/m²

Áp lực lên cửa sổ: F = p.S = 10,61.10⁵ .π.r² = 1,3.10⁵ N.

Câu 12: Trong một máy ép dùng chất lỏng, mỗi lần pittong nhỏ đi xuống một đoạn h = 0,32m thì pittong lớn được nâng lên một đoạn H = 0,008m. Tính lực nén lên pittong nhỏ nếu lực nến của vật lên pittong lớn là F= 22800N.

Trả lời:

Gọi s, S là diện tích pittong nhỏ và lớn.

Xem chất lỏng không chịu nén thì thể tích chất lỏng chuyển từ xilanh nhỏ sang xilanh lớn:

Câu 13: Dùng một lực để ấn píttông có diện tích S₁ của một máy nén dùng chất lỏng đi xuống một đoạn d₁ = 10cm thì píttông có diện tích S₂ = 2S₁/3 dịch chuyển một đoạn d₂ bằng?

Trả lời:

Chất lỏng không bị nén nên ta có: V = S₁.d₁ = S₂.d₂ → d₂ = S₁.d₁/S₂ = 15cm

Câu 14: Một ống nghiệm có chiều cao h, khi đựng đầy chất lỏng thì áp suất tại đáy ống là p. Thay bằng chất lỏng thứ hai để áp suất tại đáy ống vẫn là p thì chiều cao cột chất lỏng chỉ là 2h/3. Tỉ số hai khối lượng riêng ρ₁/ρ₂ của hai chất lỏng này là:

Trả lời:

Ta có: p₁ = pa + ρ₁.g.h₁ ; p₂ = pa + ρ₂.g.h₂

Vì áp suất tại đáy ống vẫn là p → p₁ = p₂ = p → ρ₁.g.h₁ = ρ₂.g.h₂

→ ρ₁/ ρ₂ = h₂/h₁ = 2/3

Câu 15: Một bình hình trụ đựng nước, có đường kính đáy là 10cm và chiều cao cột nước là 20cm. Đặt khít lên bề mặt thoáng của nước một pít tông có khối lượng m = 1kg. Xác định áp suất tại đáy bình. Lấy g = 10m/s². Áp suất khí quyển bằng 1,013.10⁵ Pa, khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m³.

Trả lời:

Áp dụng định luật Pa-xcan: p = p_ng + ρgh. Trong đó png bao gồm và áp suất do trọng lượng pít tông gây ra là ppt = 

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 16: Đường kính tiết diện của một ống nước nằm ngang ở vị trí đầu bằng 2 lần đường kính ờ vị trí sau. Biết vận tốc nước ở vị trí đầu là 2 m/s và áp suất ở vị trí này là 5.105 Pa. Biết khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m³. Áp suất nước ở vị trí sau là bao nhiêu ?

Trả lời:

d₁ = 2d₂; v₁ = 2m/s, p₁ = 5.10⁵ (Pa)

Đề tìm được p₂ theo định luật Béc-nu-li, ta cần phải tìm vận tốc dòng v₂:

Câu 17: Một ống tiêm có đường kính 1cm lắp với một kim tiêm có đường kính 1mm. Nếu bỏ qua ma sát và trọng lực thì khi ấn vào píttông với lực 10N thì nước trong ống tiêm phụt ra với vận tốc

Trả lời:

Câu 18: Dùng ống Ven-tu-ri để đo vận tốc chất lỏng. Tìm vận tốc ở phần ống to, biết rằng khối lượng riêng chất lỏng ρ = 0,85.10³ kg/m³, khối lượng riêng thuỷ ngân ρHg = 13,6.10³ kg/m³, gia tốc g = 10m/s² tiết diện phần ống to bằng 4 lần phần ống nhỏ, độ chênh cột thuỷ ngân Δp = 15mmHg.

Trả lời:

Câu 19: Nước có khối lượng riêng 1000 kg/m³ chảy qua một ống nằm ngang thu hẹp dần từ tiết diện S₁ =12 cm² đến S₂ = S₁/2. Hiệu áp suất giữa chổ rộng và chổ hẹp là 4122 Pa. Lưu lượng của nước trong ống là bao nhiêu ?

Trả lời:

Câu 20: Một máy nâng thủy lực dùng không khí nén lên một pittông có bán kính 6cm. Áp suất được truyền sang một pittông khác có bán kính 36cm. Hỏi khí nén phải tạo ra một lực ít nhất là bao nhiêu để nâng một ô tô có trọng lượng 14500N. Áp suất khí nén khi đó bằng bao nhiêu?

Trả lời: