Chương II: Áp suất-Lực đẩy Ác-si-met
A.Tóm tắt lý thuyết:
1.Lực và vận tốc-biểu diễn lực:
a)Lực và sự thay đổi của vận tốc:
-Lực là nguyên nhân làm thay đổi vận tốc chuyển động
-Khi vận tốc của vật thay đổi ta có thể kết luận đã có lực tác dụng lên vật
b)Biểu diễn lực:
Lực là một đại lượng vectơ được biểu diễn bằng một mũi tên có :
- Gốc là điểm đặt của lực.
- Phương, chiều trùng với phương, chiều của lực.
- Độ dài biểu thị cường độ của lực theo tỉ lệ xích cho trước.
2.Sự cân bằng lực-quán tính:
a)Hai lực cân bằng
- Hai lực cân bằng là hai lực cùng tác dụng lên một vật, có cường độ bằng nhau, phương nằm trên cùng một đường thẳng, chiều ngược nhau.
- Dưới tác dụng của lực cân bằng, một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều. Chuyển động này được gọi là chuyển động theo quán tính.
Lưu ý :
- Hệ lực cân bằng khi tác dụng vào một vật thì không làm thay đổi vận tốc của vật.
- Ở lớp 6 đã đề cập đến trường hợp vật đứng yên khi chịu tác dụng của hai lực cân bằng. Đối với lớp 8, yêu cầu xét tác dụng của hai lực cân bằng lên vật đang chuyển động. Như vậy, tác dụng của hai lực cân bằng lên một vật được phát biểu khái quát hơn :”Một vật sẽ đứng yên hay chuyển động thẳng đều khi không có lực tác dụng lên vật và ngay cả khi các lực tác dụng lên vật cân bằng nhau”.
-Việc dự đoán tác dụng của hai lực cân bằng lên vật chuyển động thực hiện trên cơ sở suy luận lôgic. Vì lực gây ra sự thay đổi vận tốc chuyển động, còn hai lực cân bằng khi đặt lên vật đang đứng yên thì sẽ đứng yên mãi, như vậy nó không làm thay đổi vận tốc. Do đó lực cân bằng tác dụng lên vật đang chuyển động cũng không làm thay đổi vận tốc nên vật sẽ chuyển động thẳng đều mãi. Kết luận này được kiểm nghiệm bằng thí nghiệm trên máy A – tút.
b) Quán tính : Khi có lực tác dụng, mọi vật thể không thể thay đổi vận tốc đột ngột được vì có quán tính.
Lưu ý : Về quán tính, mức quán tính phụ thuộc vào khối lượng của vật. Khối lượng của vật càng lớn, mức quán tính càng lớn. Khối lượng là số đo mức quán tính. Tuy nhiên trong phạm vi bài này chúng ta chỉ có thể đề cập đến sự liên quan giữa mức quán tính với khối lượng thông qua một ví dụ có tính dự đoán suy ra từ kinh nghiệm thực tế. Việc định hướng mối quan hệ giữa quán tính với khối lượng chỉ thực hiện ở lớp 10 THPT.
3.Lực ma sát:
a)Lực ma sát là gì?
Lực ma sát là lực cản trở chuyển động, xuất hiện tại mặt tiếp xúc giữa 2 bề mặt vật chất, chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt.
b)Khi nào có lực ma sát: Lực ma sát trượt: lực ma sát trượt sinh ra khi một vật trượt trên bề mặt của vật khác.
Ví dụ: Lực ma sát trượt xuất hiện khi hãm chuyển động của người trượt patanh hay mài nhẵn bóng các mặt kim loại.
2. Lực ma sát lăn: Lực ma sát lăn sinh ra khi một lặn trên bề mặt của vật khác.
Ví dụ: Ôtô đang chạy tắt máy, hay cánh quạt trần đang quay thì bị mất điện... sẽ chuyển động chậm dần rồi dừng lại là do có sự xuất hiện của lực ma sát lăn
Lưu ý: Cường độ lực ma sát lăn nhỏ hơn của lực ma sát trượt rất nhiều lần.
3. Lúc ma sát nghỉ: Lực ma sát nghỉ giữ cho vật không trượt khi bị vật bị tác dụng của lực khác.
Ví dụ: người và một số động vật có thể đi lại được hoặc cầm nắm được các vật nặng là nhờ có sự xuất hiện của lực ma sát nghỉ.
Lưu ý:
- Cường độ của lực ma sát nghỉ thay đổi tùy theo lực tác dụng lên vật có xu hướng làm cho vật thay đổi chuyển động.
- Lực ma sát nghỉ luôn có tác dụng giữ vật ở trạng thái cân bằng khi có lực khác tác dụng lên vật.
4. Lực ma sát có thể có hại hoặc có ích
4.Áp suất:
a) Áp lực: Áp lực là lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép.
b) Áp suất: áp suất là độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép. Áp suất được tính bằng công thức
Lưu ý: Tác dụng của áp lực phụ thuộc vào hai yếu tố là độ lớn của áp lực và diện tích bị ép.
3. Đơn vị của áp suất: paxcan (Pa) (1 Pa = 1 N/m2).
Lưu ý:
- Đơn vị áp suất trong hệ thống đo lường hợp pháp của nước ta là paxcan: 1 Pa = 1 N/m2.
- Ngoài ra, người ta cũng dùng atmotphe làm đơn vị áp suất. Atmotphe là áp suất gây bởi một cột thủy ngân cao 76 cm: 1 at = 103360 Pa.
Để đo áp suất, người ta có thể dùng áp kế.
5.Áp suất chất lỏng-bình thông nhau:
a) Sự tồn tại của áp suất trong lòng chất lỏng:
-Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật trong lòng nó.
-Khác với chất rắn chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương.
=>Như vậy, chất lỏng không chỉ gây ra áp suất lên đáy bình mà lên cả thành bình và các vật trong lòng chất lỏng.
b) Công thức tính áp suất chất lỏng:
, trong đó h là độ sâu tính từ điểm áp suất tới mặt thoáng chất lỏng, d là trọng lượng riêng của chất lỏng.
Lưu ý: Về đơn vị, p được tính bẳng N/m3, h tính bẳng m. Công thức này cũng được áp dụng cho một điểm bất kì trong lòng chất lỏng, chiều cao h của cột lỏng cũng là độ sâu của điểm đó so với mặt thoáng. Từ đây có thể suy ra một chất lỏng đứng yên, áp suất tại những điểm trên một mặt phẳng ngang có độ lớn như nhau.
c) Bình thông nhau: Trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên, các mặt thoáng của chất lỏng, ở các nhánh khác nhau đều ở cũng một độ cao.
Công thức:
6)Áp suất khí quyển:
a) Sự tồn tại của áp suất khí quyển: Trái đất và mọi vật trên trái đất đều chịu tác dụng của áp suất khí quyển theo mọi phương.
b) Độ lớn của áp suất khí quyển: áp suất khí quyển bằng áp suất của thủy ngân trong ống Tô ri xe li, do đó người ta thường dung mmHg làm đơn vị đo áp suất khí quyển.
Lưu ý: Do trọng lượng riêng của thủy ngân là d = 136 000 N/m3.
Mà
nên một cột thủy ngân cao h = 1mm = 0,001m có áp suất là:
7)Lực đẩy Ác-si-mét:
a)Tác dụng của chất lỏng lên vật nhúng chìm trong nó: một vật nhúng vào chất lỏng bị chất lỏng đó đẩy thẳng đứng từ dưới lên với lực có độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ. Lực này gọi là lực đẩy ac si mét.
b) Công thức tính lực đẩy Ác si mét:
trong đó: d là trọng lực riêng của chất lỏng,
V là thể tích của phần chất lỏng bị chiếm chỗ.
Fa: Lực đẩy Ác-si-mét
a) Điều kiện để vật nổi, vật chìm:
-Nếu ta thả một vật ở trong lỏng chất lỏng thì:
+Vật chìm xuống khi lực đẩy Ác si mét FA nhỏ hơn trọng lượng P: FA < P
+Vật nổi lên khi : FA > P
+Vật lơ lửng trong chất lỏng khi: FA = P
b) Độ lớn của lực đẩy Ác si mét khi vật nổi lên trên mặt chất lỏng: Khi vật nổi lên trên mặt chất lỏng thì lực đẩy Ác – si – mét FA = d. V, trong đó V là thể tích của phần vật chìm trong chất lỏng, (không phải thể tích của vật), d là trọng lượng riêng của chất lỏng.
Lưu ý: Khi nhúng chìm vật rắn vào trong một bình chất lỏng thì có ba trường hợp xảy ra: Vật chìm xuống; Vật nằm lơ lửng trong long chất lỏng; Vật nổi lên trên mặt chất lỏng.
- Trường hợp vật đang chìm xuống, nằm lơ lửng trong chất lỏng và đang nổi lên, là những trường hợp tương đối dễ để phân tích và HS thường mắc phải sai lầm. tuy nhiên, trường hợp vật đã nằm yên ở đáy bình và nhất là trường hợp vật nằm yên trên mặt chất lỏng, là những trường hợp mà HS dễ nhầm lẫn.
- Trường hợp vật đã nằm yên ở đáy bình, HS thường chỉ hiểu trong trường hợp này P > FA mà không chú ý là khi đã nằm yên ở đáy bình thì các lực tác dụng lên vaart phải cân bằng nhau: P = FA + F'
Trong đó F’ là lực của đáy bình tác dụng lên vật.
- Trường hợp vật nằm yên trên mặt chất lỏng, HS thường cho rằng trong trường hợp này FA > P mà không thấy là khi vật đã nằm yên thì các lực tác dụng lên vật phải cân bằng nhau: FA = P
Tới đây, HS lại hay mắc sai lầm về giá trị độ lớn của lực đẩy Ac- si- mét FA trong khi áp dụng công thức FA = d. V, HS thường cho V là thể tích của vật, không thấy V chỉ là thể tích của phần vật bị chìm trong chất lỏng.
Do vậy HS cần lưu ý rằng:
-Khi vật nằm yên, các lực tác dụng vào vật phải cân bằng nhau.
-Khi vật nổi lên trên mặt chất lỏng thì FA = d. V với V là thể tích của phần vật chìm trong chất lỏng.