(Sbt lý 10/69) Ở chính giữa một ống thuỷ tinh nằm ngang, kín cả hai đầu có một cột thuỷ ngân dài h = 19,6 mm. Nếu đặt ống nghiêng một góc 30° so với phương nằm ngang thì cột thuỷ ngân dịch chuyển một đoạn Δl1 = 20 mm. Nếu đặt ống thẳng đứng thì cột thuỷ ngân dịch chuyển một đoạn Δl2 = 30 mm. Xác định áp suất của không khí trong ống khi ống nằm ngang. Coi nhiệt độ không đổi.
Tôi muốn hỏi là tại sao khi tính áp suất lời giải trong sbt không dùng công thức p=p0+h mà lại dùng p=p0+Dgh ( trong khi công thức này chỉ dùng cho chất lỏng? )
Quảng cáo
2 câu trả lời 114
1. Làm rõ công thức :
p=p0+h (cái này không đúng về mặt vật lý)
p=p0+Dgh (đúng)
Trong thủy tĩnh học, độ tăng áp suất không bao giờ chỉ là hhh. Nó phải là:
Δp=ρgh
Trong đó:
ρ (D) = khối lượng riêng chất lỏng (ở đây là thủy ngân)
g = gia tốc trọng trường
h= độ chênh cao
2. Vì sao bài này dùng p=p0+ρghp ?
Mặc dù bài toán liên quan đến không khí (chất khí), nhưng:
Sự chênh lệch áp suất lại được gây ra bởi cột thủy ngân (chất lỏng).
Cốt lõi:
Thủy ngân đóng vai trò như "manômét" (ống đo áp suất)
Hai bên cột Hg có hai áp suất khí khác nhau
Chênh lệch áp suất này được xác định bằng:
Δp=ρHggh
Nghĩa là:
Không phải ta dùng công thức cho khí, mà ta dùng điều kiện cân bằng của chất lỏng để suy ra áp suất khí.
3. Hiểu bản chất bài toán
Khi ống:
Nghiêng hoặc thẳng đứng → cột Hg có độ chênh cao theo phương thẳng đứng
Chính độ chênh cao này tạo ra:
p1−p2=ρghđứng
Đây là công thức chuẩn cho chất lỏng đứng yên, nên bắt buộc phải dùng ρgh
4. Sai lầm thường gặp
Bạn đang nhầm giữa:
Hiểu sai Thực tế
Áp suất liên quan trực tiếp đến h Áp suất liên quan đếnρgh
Bài có khí → dùng công thức khí Phải xét cái gì gây ra chênh lệch áp suất
Kết luận ngắn gọn
Lời giải dùng p=p0+ρgh vì:
Cột thủy ngân (chất lỏng) tạo ra chênh lệch áp suất
Không khí chỉ là môi trường bị nén/dãn
Áp suất được xác định qua cân bằng thủy tĩnh của Hg
Đây là một dạng bài tập "siêu khó" thường xuất hiện trong các kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia hoặc thi vào các khối chuyên Lý. Nó không chỉ kiểm tra kiến thức Vật lý mà còn đòi hỏi khả năng biến đổi Toán học rất mạnh.
Để giải quyết bài toán này, chúng ta cần chia nhỏ và xử lý theo 3 bước chính sau đây:
1. Phân tích chuyển động của hệ ròng rọc (Động lực học)
Đầu tiên, bạn phải xác định được gia tốc ($a$) của các vật và của các bình chứa chất lỏng.
Sử dụng định luật II Newton: $\vec{F} = m\vec{a}$.
Thiết lập các phương trình liên hệ gia tốc giữa các vật dựa trên cấu tạo của hệ ròng rọc (ví dụ: nếu có ròng rọc động, gia tốc của vật này có thể gấp đôi hoặc bằng một nửa vật kia).
Tính lực căng dây ($T$) tác động lên các bình chứa chất lỏng.
2. Trạng thái của chất lỏng trong hệ quy chiếu có gia tốc
Đây là phần khó nhất. Khi bình chứa chất lỏng chuyển động với gia tốc $a$, chất lỏng bên trong sẽ chịu tác động của lực quán tính.
Trường trọng lực hiệu dụng: Thay vì chỉ chịu gia tốc trọng trường $g$, chất lỏng giờ đây chịu một gia tốc tổng hợp là $\vec{g_{hd}} = \vec{g} - \vec{a}$.
Mặt thoáng của chất lỏng trong các bình thông nhau sẽ không còn nằm ngang mà bị nghiêng đi (nếu gia tốc theo phương ngang) hoặc thay đổi áp suất bề mặt (nếu gia tốc theo phương thẳng đứng).
3. Tính áp suất tại điểm siêu nhỏ ($M$)
Áp suất tại một điểm $M$ ở độ sâu $h$ trong chất lỏng khi hệ đang chuyển động được tính theo công thức tổng quát:
Trong đó:
$P_0$: Áp suất tại mặt thoáng (thường là áp suất khí quyển).
$\rho$ (Rho): Khối lượng riêng của loại chất lỏng tại điểm đó.
$g_{hd}$: Độ lớn của gia tốc trọng trường hiệu dụng theo phương vuông góc với mặt đẳng áp.
$h$: Khoảng cách từ điểm $M$ đến mặt thoáng theo phương của $\vec{g_{hd}}$.
Quảng cáo
Bạn cần hỏi gì?
Câu hỏi hot cùng chủ đề
-
Đã trả lời bởi chuyên gia
153847 -
100245
-
Hỏi từ APP VIETJACK
Đã trả lời bởi chuyên gia
61486
