Áp lực là gì? áp suất là gì? Công thức tính, bài tập áp dụng

Trong cuộc sống chúng ta có thể thấy một chiếc xe máy kéo to khổng lồ, khối lượng cả trăm tấn vẫn đi bình thường trong khi cũng địa hình đó mấy chiếc ô tô hay xe máy nhỏ lại bị sa lầy hay lún bánh. Những hiện tượng này đều có thể giải thích được thông qua áp lực trong vật lý. Để hiểu rõ về áp lực là gì và những hiện tượng xung quanh áp lực thì mời bạn theo dõi bài viết này để biết thêm chi tiết nhé.

Áp lực là gì?

Với câu hỏi áp lực là gì vật lý 8 đã định nghĩa như thế này: Áp lực là lực ép tác dụng lên một vật hay một bề mặt có phương vuông góc với bề mặt bị ép đó.

Tuy nhiên, thực tế là chỉ qua một dòng định nghĩa như vậy thì có lẽ nhiều bạn vẫn chưa thể hình dung ra bản chất áp lực là gì. Chính vì thế mà sau khi lên cấp 3, kiến thức liên quan đến áp lực là gì lại được nhắc đến một cách chi tiết hơn.

Cụ thể là trong chương trình vật lý trung học phổ thông, các kiến thức về lực cũng như áp lực được xem là những kiến thức cơ bản nhất. Vậy nên để hiểu rõ hơn về áp suất là gì, áp lực là gì trước tiên  bạn cần hiểu lực là gì.

Áp lực là gì vật lý 8?
Áp lực là gì vật lý 8?

Lực chính là từ để chỉ bất kỳ một ảnh hưởng nào làm tác dụng lên vật thể làm cho vật thể đó có xu hướng biến dạng hoặc thay đổi. Khi tác dụng một lực lên vật cụ thể nào đó thì nó sẽ làm ảnh hưởng đến vận tốc di chuyển, hướng di chuyển của vật thể,…

Bên cạnh đó thì lực là một đại lượng vectơ, có nghĩa là khi nhắc đến lực thì ta phải quan tâm đến 2 yếu tố, đó là độ lớn và hướng (gồm phương và chiều).

Như vậy, về bản chất áp lực là lực tác động lên trên diện tích bề mặt của một vật hay còn có thể gọi áp lực là lực ép vuông góc với mặt chịu lực. Theo đó nếu có một áp lực tác dụng lên bề mặt thì chúng ta có thể xác định ngay được hướng của lực đó.

Phương của áp lực luôn vuông góc với bề mặt chịu lực và áp lực có chiều hướng vào bề mặt chịu lực. Do vậy yếu tố duy nhất chưa thể xác định được của một áp lực cũng là yếu tố khiến người ta sẽ quan tâm đến khi nhắc tới áp lực tác dụng lên bề mặt đó là độ lớn của lực (cường độ lực).

Công thức tính áp lực

Công thức tính áp lực 
Công thức tính áp lực

Thực tế đã chứng minh rằng độ lớn của áp lực phụ thuộc vào trọng lượng của vật. Biểu thức độ lớn của áp lực được viết như sau:

N = P = mg (Đối với một vật nằm trên bề mặt ngang).

N = Pcosα = mgcosα (Đối với vật ở trên mặt phẳng nằm nghiêng một góc α).                                                                                                      Đơn vị của lực nói chung và áp lực là N (Niu tơn). Trên hình vẽ hoặc trong 1 bài toán áp lực được ký hiệu là N(vecto N) để thể hiện là một đại lượng có độ lớn và có hướng cụ thể.

Dựa vào công thức trên ta có thể nhận thấy 2 đặc điểm của áp lực đó là:

  • Với cùng một diện tích, nếu độ lớn của áp lực càng lớn thì tác động của nó lên vật càng mạnh.
  • Cùng một áp lực có độ lớn như nhau, diện tích tiếp xúc bị ép càng nhỏ thì áp lực tác động lên nó càng lớn.

Xem thêm: Điện trở là gì? Công dụng của điện trở là gì? Cách tính giá trị điện trở

Áp suất là gì?

Áp suất là đại lượng được dùng để tính toán áp lực trên một bề mặt lớn bằng cách chia nhỏ diện tích chịu lực và tính lực tác động lên đơn vị đó. Đơn vị của áp suất là N/m2 được gọi là Pascal (ký hiệu là Pa).

Trong vật lý, áp suất P được định nghĩa là áp lực trên một đơn vị diện tích tác dụng theo chiều vuông góc với bề mặt của vật thể. Chúng ta cũng có thể hiểu khái niệm áp suất theo một cách đơn giản thì áp suất là thương số của áp lực với diện tích bị ép. Như vậy áp suất tỷ lệ nghịch với diện tích bề mặt bị ép (có nghĩa là diện tích càng nhỏ thì áp suất càng lớn).

Công thức tính áp suất

Theo các kết quả nghiên cứu khoa học, áp suất ở các môi trường khác nhau là không giống nhau. Do đó tùy thuộc vào môi trường là rắn, lỏng hay khí chúng ta sẽ có công thức tính áp suất khác nhau. Cụ thể:

Tính áp suất ở môi trường rắn

Công thức tính áp suất chất rắn: P = F / S

Trong đó:

  • P là áp suất của chất rắn, đơn vị là N/m2.
  • F là áp lực, đơn vị tính là N.
  • S là diện tích bề mặt bị áp lực F tác động (đơn vị m2).

Công thức tính áp suất chất khí và chất lỏng

Công thức tính áp suất ở môi trường chất lỏng và khí là như nhau vì đầu là áp suất được tạo ra do lực đẩy của lưu chất bên trong hệ thống đường ống.

Công thức tính như sau: P = D.H

Trong đó:

  • D được gọi là trọng lượng riêng của chất lỏng hoặc khí (đơn vị N/m2).
  • H là chiều cao của chất lỏng chất hoặc khí (đơn vị tính là m).
Công thức tính áp suất
Công thức tính áp suất

Công thức của áp suất thẩm thấu

Áp suất thẩm thấu được biết đến là lực đẩy khi có hiện tượng thẩm thấu. Nói cách khác đó là sự dịch chuyển của chất dung môi từ nơi có nồng độ thấp sang nơi có nồng độ cao. Áp suất thẩm thấu tỷ lệ thuận với nồng độ và nhiệt độ của dung dịch.

Công thức của áp suất thẩm thấu như sau: P = R x T x C

Trong đó:

  • R = 0.082 đây là một hằng số cố định.
  • T là nhiệt độ tuyệt đối, T = 273 + toC.
  • C là lượng nồng độ dung dịch được phân li theo tỷ lệ từng chất, đơn vị g/l.

Cách tính áp suất thủy tĩnh

Áp lực xuất hiện khi mực chất lỏng ở mức cân bằng không có dao động được gọi là áp suất thủy tĩnh.

Công thức chính xác để tính áp suất thủy tĩnh là: P = P0+ pgh

Trong đó:

  • P là khối lượng riêng mặc định của một đơn vị chất lỏng (đơn vị kg/m3).
  • P0 là áp suất của khí quyển.
  • g được gọi là gia tốc rơi tự do (g ≈ 9.8 m/s2).
  • h là chiều cao được tính từ đáy lên mặt tĩnh của chất lỏng đó.

Vai trò của áp lực, áp suất trong thực tế

Áp lực tác dụng lên một đơn vị diện tích trong môi trường chất rắn được ứng dụng trong lĩnh vực y tế, xây dựng, thực phẩm…

Trong công nghiệp, áp lực thường được sử dụng để đo các loại áp suất của chất khí hoặc chất lỏng. Bạn có thể bắt gặp thấy một số loại máy móc công nghiệp ứng dụng áp lực, áp suất vào cơ chế hoạt động như máy nén khí, máy bơm,…

Vai trò của áp lực, áp suất trong thực tiễn
Vai trò của áp lực, áp suất trong thực tiễn

Sự thay đổi áp suất được ứng dụng trong ngành công nghiệp hàng không. Sự chênh lệch áp suất giữa phía dưới và phía trên của cánh máy bay đã tạo ra một lực lớn giúp nâng máy bay lên trên.

  • Các loại máy công nghiệp trong lĩnh vực cụ thể như máy bơm rửa xe, máy nén khí chế biến thực phẩm, y tế,…
  • Trong sinh học tự nhiên, cơ chế rễ cây hút nước từ dưới đất lên để nuôi dưỡng cây chính là nhờ áp suất.
  • Áp suất chính là cơ sở quan trọng để xác định tốc độ bay, tốc độ dòng chảy, tốc độ phun nước…
  • Áp lực được ứng dụng để con người thiết kế ra những thiết bị chuyên dụng như xe cẩu, máy cày, máy kéo,… có thể đi trên những bề mặt sa lầy hay đầm lầy mà không bị lún bánh.

Xem thêm: Lực ma sát là gì? Vai trò và công thức của lực ma sát

Bài tập áp dụng về áp lực, áp suất

Bài tập: 1 ô tô nặng 3 tấn có diện tích các bánh xe tiếp xúc với mặt đất nằm ngang là 245 cm2. Tính áp suất của chiếc xe ô tô tác dụng lên mặt đất.

Lời giải

Ta có:

m = 3 tấn = 3000 kg

=> Fa = P = mg = 3000 x 10 = 30000 (N)

Lại có:

S = 245 cm2 = 0.0245 m2

Do đó áp suất mà mặt đường phải chịu là:

P = Fa /S = 30000 / 0.0245 = 122 448,98 (N/m2).

Trên đây là những kiến thức liên quan đến áp suất và áp lực là gì. Mong rằng thông qua bài viết này các bạn đã tích lũy thêm cho mình những thông tin bổ ích về áp lực, công thức tính áp lực, áp suất cũng như vai trò của áp suất, áp lực là gì trong cuộc sống.