Bài 15: Áp suất trên một bề mặt – Vật lý lớp 8 (Kết nối tri thức)
Chào các bạn! Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau khám phá một đại lượng rất thú vị và quan trọng trong Vật lý: Áp suất. Áp suất không chỉ xuất hiện trong sách vở mà còn ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta, từ việc chiếc xe tăng có thể đi trên bùn lầy mà không bị lún, cho đến việc một chiếc kim nhỏ bé lại có thể đâm xuyên qua vật cứng. Hãy cùng tìm hiểu xem áp suất là gì và nó hoạt động như thế nào nhé!
🔹 Mục tiêu bài học
Sau khi hoàn thành bài học này, các bạn sẽ:
- Hiểu rõ khái niệm áp suất: Biết áp suất là gì và tại sao nó lại quan trọng trong đời sống cũng như khoa học.
- Nắm vững công thức và đơn vị đo áp suất: Ghi nhớ công thức tính áp suất và các đơn vị chuẩn của nó.
- Giải được các bài toán tính áp suất: Vận dụng công thức để giải các bài tập từ cơ bản đến nâng cao, cũng như phân tích được các yếu tố ảnh hưởng đến áp suất.
🔹 Kiến thức trọng tâm
1. Áp suất là gì?
Hãy tưởng tượng bạn đặt một viên gạch lên tay. Nó khá nặng đúng không? Đó là do trọng lực tác dụng lên viên gạch. Lực này tác dụng vuông góc lên bề mặt tay bạn, và chúng ta gọi đó là áp lực.
Bây giờ, nếu bạn đặt viên gạch đó theo chiều ngang (diện tích tiếp xúc lớn hơn), bạn sẽ thấy nhẹ hơn một chút so với khi đặt theo chiều dọc (diện tích tiếp xúc nhỏ hơn). Mặc dù trọng lượng viên gạch không đổi, nhưng cảm giác nặng nhẹ lại khác nhau. Điều này liên quan đến áp suất.
Áp suất là độ lớn của áp lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích bị ép. Nói cách khác, nó cho chúng ta biết áp lực đó được “phân bố” như thế nào trên bề mặt. Áp lực càng tập trung trên diện tích nhỏ thì áp suất càng lớn.
2. Công thức tính áp suất
Để tính toán áp suất, chúng ta sử dụng công thức sau:
Trong đó:
- : là áp suất mà vật tác dụng lên bề mặt.
- Đơn vị của áp suất là Pascal () hoặc Newton trên mét vuông ().
- .
- : là áp lực tác dụng vuông góc lên bề mặt.
- Áp lực là một loại lực, nên đơn vị của áp lực là Newton ().
- Trong nhiều bài toán, áp lực chính là trọng lượng của vật (), với là khối lượng của vật (kg).
- : là diện tích bề mặt bị ép (diện tích tiếp xúc).
- Đơn vị của diện tích là mét vuông ().
- Lưu ý quan trọng: Nếu đề bài cho diện tích bằng hoặc , các bạn phải đổi về trước khi tính toán! ().
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến áp suất
Từ công thức , chúng ta có thể thấy áp suất phụ thuộc vào hai yếu tố chính:
- Áp lực ():
- Nếu giữ nguyên diện tích tiếp xúc (), áp lực () càng lớn thì áp suất () càng lớn. (Ví dụ: Bạn đứng một chân sẽ gây áp suất lớn hơn khi đứng hai chân vì áp lực không đổi nhưng diện tích giảm).
- Diện tích bị ép ():
- Nếu giữ nguyên áp lực (), diện tích bị ép () càng nhỏ thì áp suất () càng lớn. (Ví dụ: Một chiếc đinh nhọn dễ đóng vào gỗ hơn đinh tù).
- Ngược lại, diện tích bị ép () càng lớn thì áp suất () càng nhỏ. (Ví dụ: Xe tăng có bánh xích rộng để giảm áp suất, giúp xe di chuyển trên địa hình mềm mà không bị lún).
Hiểu được mối quan hệ này giúp chúng ta giải thích nhiều hiện tượng trong cuộc sống và ứng dụng vào thực tế.
🔹 10 ví dụ minh họa có lời giải chi tiết
Hãy cùng áp dụng công thức để giải quyết các bài toán nhé!
- Ví dụ 1 (Cơ bản): Một khối hộp có áp lực tác dụng lên mặt sàn là . Diện tích tiếp xúc của khối hộp với mặt sàn là . Tính áp suất mà khối hộp tác dụng lên mặt sàn.
- Phân tích: Đã cho áp lực () và diện tích () với đơn vị chuẩn.
- Lời giải:Áp suất được tính bằng công thức:
- Đáp số: .
- Ví dụ 2 (Cơ bản): Một vật có áp lực tác dụng lên bề mặt có diện tích . Tính áp suất.
- Phân tích: , .
- Lời giải: .
- Đáp số: .
- Ví dụ 3 (Cơ bản): Một người nặng đứng trên mặt đất. Diện tích tiếp xúc của bàn chân người đó với mặt đất là . Tính áp suất người đó tác dụng lên mặt đất.
- Phân tích: Áp lực () chính là trọng lượng của người, . Diện tích tiếp xúc .
- Lời giải: .
- Đáp số: .
- Ví dụ 4 (Cơ bản): Một tảng đá có trọng lượng nằm trên một bề mặt có diện tích . Tính áp suất mà tảng đá tác dụng lên bề mặt.
- Phân tích: , .
- Lời giải: .
- Đáp số: .
- Ví dụ 5 (Cơ bản): Một cái bàn có bốn chân, mỗi chân có diện tích tiếp xúc với sàn là . Tổng trọng lượng của bàn và vật đặt trên bàn là . Tính áp suất mà bàn tác dụng lên sàn.
- Phân tích: . Diện tích tiếp xúc tổng cộng là .
- Lời giải: .
- Đáp số: .
- Ví dụ 6 (Nâng cao – Tính ): Một vật đặt trên bề mặt tạo ra áp suất . Biết diện tích tiếp xúc là . Tính áp lực mà vật tác dụng lên bề mặt.
- Phân tích: Đã cho và , cần tìm . Từ công thức , suy ra .
- Lời giải: .
- Đáp số: .
- Ví dụ 7 (Ứng dụng – Ảnh hưởng của ): Giải thích tại sao một người đi giày bản rộng (giày tuyết) có thể đi trên tuyết mà không bị lún sâu, trong khi nếu đi giày bình thường sẽ bị lún?
- Giải thích: Khi đi giày bản rộng, diện tích tiếp xúc () của chân người với tuyết tăng lên đáng kể. Trong khi đó, áp lực () chính là trọng lượng của người là không đổi. Theo công thức , khi tăng, áp suất () tác dụng lên tuyết sẽ giảm đi. Áp suất nhỏ hơn giúp người đó không bị lún sâu vào tuyết.
- Ví dụ 8 (Biến đổi yếu tố): Một vật có áp lực không đổi. Nếu diện tích tiếp xúc tăng gấp đôi, áp suất sẽ thay đổi như thế nào?
- Giải thích:Ban đầu:
Sau khi tăng diện tích: .
Áp suất mới: .
Vậy, nếu tăng gấp đôi (và không đổi), áp suất sẽ giảm đi một nửa.
- Giải thích:Ban đầu:
- Ví dụ 9 (Ứng dụng – Dao sắc/cùn): Giải thích tại sao dùng dao sắc (lưỡi mỏng) dễ cắt thịt, rau củ hơn dùng dao cùn (lưỡi dày)?
- Giải thích: Khi chúng ta dùng dao để cắt, áp lực () mà tay ta tác dụng lên dao là như nhau. Tuy nhiên, dao sắc có lưỡi rất mỏng, tức là diện tích tiếp xúc () của lưỡi dao với vật cần cắt rất nhỏ. Theo công thức , khi nhỏ thì áp suất () tạo ra sẽ rất lớn, giúp lưỡi dao dễ dàng “xé” đứt các thớ thịt hoặc sợi rau củ. Ngược lại, dao cùn có lưỡi dày hơn, lớn hơn, nên áp suất nhỏ hơn và khó cắt hơn.
- Ví dụ 10 (Ứng dụng – Đinh nhọn/tù): Giải thích tại sao một chiếc đinh nhọn dễ đóng vào gỗ hơn một chiếc đinh tù?
- Giải thích: Khi đóng đinh, lực tác dụng () từ búa là như nhau. Tuy nhiên, đinh nhọn có đầu nhọn hoắt, diện tích tiếp xúc () với gỗ cực kỳ nhỏ. Điều này tạo ra một áp suất () rất lớn lên bề mặt gỗ tại điểm tiếp xúc, giúp đinh dễ dàng xuyên qua các thớ gỗ. Đinh tù có diện tích tiếp xúc lớn hơn, áp suất tạo ra nhỏ hơn nên khó đóng vào gỗ hơn.
🔹 20 câu trắc nghiệm có đáp án và giải thích
- Câu 1: Công thức tính áp suất là gì?
A.
B.
C. ✅
D.
Giải thích: Áp suất () được định nghĩa là áp lực () tác dụng trên một đơn vị diện tích () bị ép. - Câu 2: Đơn vị chuẩn của áp suất trong hệ SI là gì?
A.
B.
C. ✅
D.
Giải thích: Đơn vị Pascal () là đơn vị chuẩn của áp suất, và . - Câu 3: Một vật có áp lực tác dụng lên bề mặt có diện tích . Áp suất là bao nhiêu?
A.
B. ✅
C.
D.
Giải thích: Áp dụng công thức . - Câu 4: Nếu áp lực tác dụng lên bề mặt không đổi, nhưng diện tích bị ép giảm đi một nửa, thì áp suất sẽ thay đổi như thế nào?
A. Tăng gấp đôi
B. Giảm đi một nửa ✅
C. Không đổi
D. Giảm đi 4 lần
Giải thích: Áp suất tỉ lệ nghịch với diện tích (). Khi giảm một nửa, sẽ tăng gấp đôi (lỗi đánh máy, đáp án phải là A. Tăng gấp đôi. Câu hỏi trước đó có thể bị sai chính tả/nhầm lẫn trong đáp án).
**Đáp án chính xác phải là A. Tăng gấp đôi.**
*Sửa lại giải thích và đáp án nếu đây là câu trắc nghiệm chuẩn:* Khi giảm một nửa, tức là . Lúc đó .**Vì câu trắc nghiệm bạn cung cấp có vẻ có lỗi ở đáp án, tôi sẽ sửa lại câu trả lời để phản ánh kiến thức đúng.**
A. Tăng gấp đôi ✅
Giải thích: Áp suất () tỉ lệ nghịch với diện tích (). Theo công thức , nếu không đổi và giảm đi một nửa, thì sẽ tăng gấp đôi. - Câu 5: Để tăng áp suất lên một bề mặt, ta có thể làm cách nào sau đây?
A. Tăng diện tích bề mặt bị ép
B. Giảm áp lực tác dụng
C. Tăng áp lực và/hoặc giảm diện tích bề mặt bị ép ✅
D. Giữ nguyên áp lực và diện tích
Giải thích: Từ công thức , để tăng , ta cần tăng hoặc giảm (hoặc cả hai). - Câu 6: Một con voi nặng đứng trên một chân có diện tích . Áp suất tác dụng lên mặt đất là bao nhiêu?
A.
B.
C. ✅
D.
Giải thích: . - Câu 7: Một khối gỗ có khối lượng được đặt trên mặt sàn. Diện tích tiếp xúc là . Áp suất khối gỗ tác dụng lên sàn là bao nhiêu? (Lấy )
A.
B.
C. ✅
D.
Giải thích: Áp lực . Áp suất . - Câu 8: Dụng cụ nào sau đây được dùng để đo áp lực?
A. Thước đo
B. Bình chia độ
C. Cân
D. Lực kế ✅
Giải thích: Lực kế là dụng cụ dùng để đo lực, mà áp lực chính là một loại lực. - Câu 9: Một chiếc xe tăng có tổng trọng lượng . Diện tích tiếp xúc của cả hai xích với mặt đất là . Áp suất của xe tăng lên mặt đất là bao nhiêu?
A.
B.
C. ✅
D.
Giải thích: .
**Lưu ý:** Đáp án đúng là B. . Tôi sẽ sửa lại đáp án và giải thích để khớp.
B. ✅
Giải thích: . - Câu 10: Tại sao mũi kim tiêm lại được làm rất nhọn?
A. Để kim đẹp hơn
B. Để giảm áp lực khi tiêm
C. Để tăng áp suất, dễ dàng đâm xuyên qua da ✅
D. Để dễ cầm nắm
Giải thích: Khi mũi kim rất nhọn, diện tích tiếp xúc () cực kỳ nhỏ. Với cùng một lực tác dụng (), áp suất () sẽ rất lớn, giúp kim dễ dàng xuyên qua da. - Câu 11: Một vật có áp suất là và diện tích tiếp xúc là . Áp lực tác dụng lên bề mặt là bao nhiêu?
A.
B.
C. ✅
D.
Giải thích: . - Câu 12: Phát biểu nào sau đây là đúng về áp suất?
A. Áp suất chỉ phụ thuộc vào áp lực.
B. Áp suất chỉ phụ thuộc vào diện tích bị ép.
C. Áp suất phụ thuộc vào cả áp lực và diện tích bị ép. ✅
D. Áp suất không phụ thuộc vào áp lực hay diện tích.
Giải thích: Theo công thức , áp suất phụ thuộc vào cả áp lực () và diện tích (). - Câu 13: Để một vật gây ra áp suất nhỏ, ta cần làm gì?
A. Tăng áp lực
B. Tăng diện tích tiếp xúc ✅
C. Giảm diện tích tiếp xúc
D. Giữ nguyên cả hai yếu tố
Giải thích: Áp suất tỉ lệ nghịch với diện tích. Để nhỏ, phải lớn. - Câu 14: Một chiếc búa đóng một chiếc đinh vào tường. Áp lực của búa lên đinh là . Diện tích đầu nhọn của đinh là . Áp suất của đinh lên tường là bao nhiêu?
A.
B.
C.
D. ✅
Giải thích: . - Câu 15: Tại sao lốp xe tải thường có nhiều bánh và rất to?
A. Để xe đi nhanh hơn
B. Để tăng áp lực lên mặt đường
C. Để tăng diện tích tiếp xúc, giảm áp suất lên mặt đường ✅
D. Để xe trông đẹp hơn
Giải thích: Lốp xe to và nhiều bánh làm tăng tổng diện tích tiếp xúc với mặt đường. Điều này giúp giảm áp suất lên mặt đường, tránh làm hỏng đường và giúp xe di chuyển ổn định hơn khi tải nặng. - Câu 16: Một vật có khối lượng đặt lên một tấm ván có diện tích . Tính áp suất của vật lên tấm ván. (Lấy )
A.
B.
C. ✅
D.
Giải thích: . Đổi . .
**Lưu ý:** Đáp án đúng là B. . Tôi sẽ sửa lại đáp án và giải thích để khớp.
B. ✅
Giải thích: . Đổi . . - Câu 17: Áp suất được định nghĩa là gì?
A. Lực tác dụng lên vật.
B. Khối lượng trên một đơn vị thể tích.
C. Độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép. ✅
D. Tích của áp lực và diện tích.
Giải thích: Đây là định nghĩa chính xác của áp suất. - Câu 18: Khi một người đang đứng, áp suất lên mặt đất sẽ lớn nhất khi người đó:
A. Đứng bằng cả hai chân
B. Đứng bằng một chân ✅
C. Nằm dài trên mặt đất
D. Ngồi xổm
Giải thích: Khi đứng bằng một chân, diện tích tiếp xúc () nhỏ nhất (áp lực không đổi), do đó áp suất () sẽ lớn nhất. - Câu 19: Nếu một áp lực tác dụng lên một diện tích , thì áp suất là bao nhiêu?
A.
B.
C. ✅
D.
Giải thích: . - Câu 20: Tại sao thợ lặn cần mặc bộ đồ lặn dày và nặng?
A. Để giữ ấm dưới nước
B. Để tăng tốc độ di chuyển dưới nước
C. Để chống lại áp suất lớn của nước ở độ sâu ✅
D. Để dễ dàng nổi lên mặt nước
Giải thích: Áp suất của chất lỏng tăng theo độ sâu. Bộ đồ lặn đặc biệt giúp bảo vệ cơ thể thợ lặn khỏi áp suất cực lớn của nước ở độ sâu.
🔹 Bài tập nâng cao (Thử thách cho bạn!)
- Bài 1: So sánh áp suất khi đi giày cao gót và dép đế bằng
Một cô gái nặng .
a) Khi cô gái đi dép đế bằng, tổng diện tích tiếp xúc của hai bàn chân với mặt đất là . Tính áp suất mà cô gái tác dụng lên mặt đất.
b) Khi cô gái đi giày cao gót, diện tích tiếp xúc của mũi giày với mặt đất chỉ còn (coi như chỉ hai gót giày chịu toàn bộ trọng lượng). Tính áp suất mà cô gái tác dụng lên mặt đất khi đó.
c) So sánh và rút ra nhận xét về sự thay đổi của áp suất. (Lấy ) - Bài 2: Áp suất của máy ép thủy lực
Một máy ép thủy lực có pít-tông lớn tạo ra lực ép . Diện tích của pít-tông lớn là . Tính áp suất mà máy ép tạo ra. - Bài 3: Tính lực cần thiết
Để tạo ra một áp suất trên một diện tích , cần một áp lực là bao nhiêu? - Bài 4: Áp suất của tủ lạnh
Một tủ lạnh nặng có 4 chân. Mỗi chân có diện tích tiếp xúc là một hình vuông cạnh . Tính áp suất mà tủ lạnh tác dụng lên sàn nhà. (Lấy ) - Bài 5: Ứng dụng trong xây dựng
Một bức tường gạch có chiều dài , chiều cao và bề dày . Biết khối lượng riêng của gạch là . Tính áp suất mà bức tường tác dụng lên nền móng. (Lấy )
🔹 Mẹo ghi nhớ và tổng kết
- “Hai chiều tác động”: Áp suất () sẽ tăng khi:
- Áp lực () tăng (khi bạn thêm vật nặng lên bề mặt).
- Diện tích bề mặt bị ép () giảm (khi bạn mài dao sắc hơn).
- Ứng dụng thực tế của áp suất:
- Tăng áp suất khi cần: Dao nhọn, đinh nhọn, kéo, răng nanh của động vật.
- Giảm áp suất khi cần: Xe tăng có bánh xích rộng, giày trượt tuyết, nền móng nhà rộng, lốp xe tải nhiều bánh và to.
- Mẹo nhớ công thức: “Phải Fân Sẻ!” (). Hoặc nhớ hình tam giác :“`
F
/ \
P S
“`Che đại lượng bạn muốn tìm, hai đại lượng còn lại sẽ cho bạn công thức:
- Che :
- Che :
- Che :
🔹 Tài liệu luyện tập và trò chơi
Để củng cố kiến thức và thực hành một cách vui vẻ, các bạn có thể truy cập:
🎮 Trò chơi áp suất – kiểm tra nhanh
Chúc các bạn học tốt và luôn tìm thấy niềm vui trong Vật lý!