Khối lượng riêng · Áp suất · Sự phụ thuộc vào độ sâu
Phát biểu khối lượng riêng và áp suất; viết đúng hệ thức, đơn vị SI.
Giải thích áp suất chất lỏng tăng theo độ sâu và khối lượng riêng; tại cùng độ sâu, chất lỏng đứng yên có áp suất như nhau.
Tính khối lượng, thể tích, áp suất thủy tĩnh; phân biệt áp suất dư và áp suất tuyệt đối.
Đo m, V để tính khối lượng riêng; khai thác bảng số liệu và mô phỏng cột chất lỏng.
Khối lượng riêng đặc trưng cho khối lượng chứa trong một đơn vị thể tích của chất. Với vật đồng chất: khối lượng riêng là tỉ số khối lượng và thể tích.
Ví dụ: Nước có khối lượng riêng xấp xỉ 1000 kg/m³ ở điều kiện thông thường; 2 lít nước (0,002 m³) có khối lượng xấp xỉ 2 kg.
Áp suất là độ lớn áp lực vuông góc trên một đơn vị diện tích bị ép; dùng thành phần lực vuông góc, không lấy bừa toàn bộ lực nghiêng.
Đối với chất lỏng đứng yên, đồng nhất, khối lượng riêng không đổi, cân bằng một cột chất lỏng tiết diện \(S\), chiều cao \(h\) cho độ tăng áp suất \(\Delta p=\rho gh\).
Ở độ sâu 2 m trong nước với \(\rho=1000\,\mathrm{kg/m^3}\), \(g=10\,\mathrm{m/s^2}\), ta có \(p_{\mathrm{dư}}=1000\times10\times2=20\,000\,\mathrm{Pa}\). Nếu \(p_0=100\,000\,\mathrm{Pa}\), áp suất tuyệt đối là 120 000 Pa.
Dự đoán: Khối lượng 100 mL và 200 mL của cùng một chất lỏng có quan hệ thế nào?
Dụng cụ: cân điện tử, bình chia độ, cốc đựng nước. Cân cốc rỗng; cho từng thể tích nước, đo tổng khối lượng rồi trừ khối lượng cốc; lập bảng và tính \(\rho=m/V\).
| V (mL) | m chất lỏng (g) | ρ (g/mL) |
|---|---|---|
| 50 | 49,9 | 0,998 |
| 100 | 100,1 | 1,001 |
| 150 | 149,8 | 0,999 |
Số liệu trên là minh họa giả định, không thay thế số liệu đo thực tế. Ước lượng sai số từ độ phân giải cân và bình chia độ.
Dự đoán: Nếu độ sâu tăng gấp đôi trong cùng chất lỏng, độ tăng áp suất thay đổi thế nào?
Áp suất dư: 20,0 kPa
Áp suất tuyệt đối: 120,0 kPa
Thao tác: giữ ρ, g không đổi và tăng h; ghi lại áp suất dư. Sau đó giữ h, đổi ρ và so sánh.
Giới hạn: mô hình chất lỏng đồng chất, đứng yên; không mô tả dòng chảy, lực đẩy Ác-si-mét hay sự nén đáng kể của chất lỏng.
Kết luận: áp suất dư tỉ lệ thuận với ρ và h khi g không đổi; tại mặt thoáng h = 0, áp suất dư bằng 0.
Mở kết quả tìm video thí nghiệm trực tiếp trên YouTube. Không tải iframe trong trang để tránh lỗi trình phát 153; nội dung bắt buộc đã có mô phỏng tại chỗ.
Đập thường được thiết kế chịu tải lớn hơn ở vùng nước sâu do áp suất thủy tĩnh tăng theo độ sâu. Việc thiết kế còn xét nhiều tải trọng và yêu cầu an toàn khác.
Cảm biến áp suất có thể suy ra độ sâu nếu biết áp suất bề mặt và khối lượng riêng chất lỏng; cần hiệu chuẩn và lưu ý điều kiện thực tế.
Đo khối lượng và thể tích của mẫu đồng chất giúp ước lượng loại vật liệu, nhưng cần tính đến nhiệt độ, độ rỗng và sai số đo.