Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 4: Khối lượng riêng. Áp suất chất lỏng

Mở đầu

Mở đầu trang 61 Vật lí 10:

Tượng phật Di Lặc tại chùa Vĩnh Tràng (Mỹ Tho, Tiền Giang) là một trong những tượng phật khổng lồ nổi tiếng thế giới. Tượng cao 20 m và nặng 250 tấn. Có loại cân nào giúp “cân” bức tượng để có được số liệu trên?

Lời giải:

Bức tượng có khối lượng rất lớn, hiện tại chưa có loại cân nào có thể cân được số liệu trên.

Có thể cân gián tiếp bức tượng thông qua các công thức vật lí như $m=D.V$

I. Khối lượng riêng

Vận dụng 1 trang 61 Vật lí 10:

Tính khối lượng của một khối đá hoa cương dạng hình hộp chữ nhật có kích thước 2,0 m x 3,0 m x1,5 m.

Lời giải:

Thể tích khối đá hoa cương là: V = 2,0 m x 3,0 m x1,5 m = 9 m³

Khối lượng riêng của đá hoa cương là ρ = 2750 kg/m³.

Khối lượng của khối đá là m = ρ.V = 2750.9 = 24750 kg.

II. Áp suất

Câu hỏi 1 trang 62 Vật lí 10:

Chứng tỏ rằng áp lực do người đang đứng yên trên sàn tác dụng lên sàn có độ lớn bằng trọng lượng của người đó.

Lời giải:

Khi người đứng yên trên mặt sàn, tức là trọng lực và lực do sàn tác dụng lên người cân bằng nhau. Suy ra lực do sàn tác dụng lên người có độ lớn bằng trọng lượng của người.

Mặt khác, lực do sàn tác dụng lên người sẽ có phản lực do người tác dụng lên sàn (hay còn có thể gọi là áp lực nếu sàn nằm ngang), áp lực này có độ lớn bằng với độ lớn của lực do sàn tác dụng lên người.

⇒ Áp lực có độ lớn bằng trọng lượng.

Câu hỏi 2 trang 62 Vật lí 10:

So sánh độ lớn áp lực, diện tích bị ép của trường hợp (2), (3) với trường hợp (1) (hình 4.2). Từ độ lún của bột trong các trường hợp, chỉ ra mối liên hệ giữa áp suất với áp lực và diện tích bị ép.

Lời giải:

- So sánh trường hợp (1) và (2): khối lượng ở hình (2) lớn hơn khối lượng ở hình (1) nên áp lực ở hình (2) lớn hơn áp lực ở hình (1); S₁ = S₂; độ lún của bột ở trường hợp (2) nhiều hơn trường hợp (1). Vậy áp suất phụ thuộc vào áp lực, áp lực càng lớn thì áp suất càng lớn.

- So sánh trường hợp (1) và (3): khối lượng ở hai hình (1) và (3) giống nhau; S₃ < S₁; độ lún của bột ở trường hợp (3) nhiều hơn trường hợp (1). Vậy áp suất phụ thuộc vào diện tích, diện tích càng lớn thì áp suất càng nhỏ.

Câu hỏi 3 trang 62 Vật lí 10:

Từ định nghĩa đơn vị lực, hãy chứng tỏ: 1 Pa = 1 N/m²

Lời giải:

Áp suất có công thức $p=\frac{F}{S}$ nên ta có đơn vị của áp suất  $\left[Pa\right]=\frac{\left[N\right]}{\left[m^2\right]}$

Vậy 1 Pa = 1 N/m²

Luyện tập

Luyện tập trang 62 Vật lí 10:

Ước tính áp suất do một người tạo ra trên sàn khi đứng bằng cả hai chân.

Lời giải:

Một người có khối lượng m thì tác dụng một áp lực Q = P = mg.

Ước tính diện tích tiếp xúc của hai chân trên mặt đất. Ví dụ diện tích mỗi bàn chân khoảng 75 cm².

Tính áp suất do người tác dụng lên mặt đất bằng công thức $p=\frac{F}{S}=\frac{Q}{S}$.

III. Áp suất chất lỏng

Câu hỏi 4 trang 63 Vật lí 10:

Chứng tỏ rằng chênh lệch áp suất $\Delta p$ giữa hai điểm trong chất lỏng tỉ lệ thuận với chênh lệch độ sâu $\Delta h$  của hai điểm đó.

Lời giải:

Áp suất trong lòng chất lỏng p = ρgh

Vậy tại hai điểm (1) và (2) trong lòng chất lỏng có độ sâu so với mặt thoáng lần lượt là h₁ và h₂, ta có:

Tại điểm (1): p₁ = p₀ + ρgh₁

Tại điểm (2): p₂ = p₀ + ρgh₂

Chênh lệch áp suất chất lỏng tại hai vị trí này là ∆p = p₂ – p₁ = ρgh₂ – ρgh₁ =ρg∆h

Vận dụng 2 trang 64 Vật lí 10:

Hãy thảo luận để thiết kế mô hình ứng dụng hiểu biết sự phụ thuộc của áp suất chất lỏng vào độ sâu.

Lời giải:

Hình 4.6 mô tả một áp kế dùng để đo áp suất khí trong ống của nguồn cung cấp khí. Vì mực nước trong nhánh nối với ống chứa khí thấp hơn mực nước trong nhánh thông với không khí bên ngoài nên áp suất của khí trong ống cao hơn áp suất khí quyển. Độ chênh lệch áp suất giữa mực nước ở hai ống. Đây cũng là cơ sở để lấy giá trị áp suất là chiều cao cột nước với đơn vị là mmH₂O (milimét nước).

- Mô hình kiểm tra áp suất chất lỏng phụ thuộc vào độ sâu, ở mực nước càng sâu thì ống phun càng mạnh, chứng tỏ áp suất ở đó càng lớn.

- Hoặc có thể làm thí nghiệm, thổi quá bóng bay sau đó nhúng chìm vào trong nước, càng sâu thì bóng càng bị bóp bẹp nhiều hơn.