Giải chi tiết KHTN 8 kết nối mới bài 16: Áp suất chất lỏng. Áp suất khí quyển

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Vì sao muốn nước trong bình có thể chảy ra khi mở vòi thì trên nắp bình phải có một lỗ nhỏ (hình bên)?

Hướng dẫn trả lời: 

Vai trò của lỗ nhỏ là để lấy nước dễ dàng. Vì có lỗ thủng trên nắp nên khí trong bình thông với khí quyển, áp suất khí trong bình cộng với áp suất nước trong bình lớn hơn áp suất khí quyển bên ngoài giúp nước dễ dàng chảy ra.

I. ÁP SUẤT CHẤT LỎNG

1. Tác dụng của áp suất chất lỏng lên vật đặt trong nó

Hoạt động: Thí nghiệm 1
Chuẩn bị:
- Một bình hình trụ có đáy C và các lỗ A, B ở thành bình được bịt bằng một màng cao su mỏng (Hình 16.1).
- Một bình lớn trong suốt chứa nước, chiều cao khoảng 50 cm.
Tiến hành:
- Nhúng bình trụ vào nước, mô tả hiện tượng xảy ra đối với các màng cao su.
- Giữ nguyên độ sâu của bình trụ trong nước, di chuyển từ từ bình trụ đến các vị trí khác, mô tả hiện tượng xảy ra với các màng cao su.
- Nhúng bình trụ vào nước sâu hơn (tối thiểu 10 cm), mô tả hiện tượng xảy ra với các màng cao su.
Quan sát hiện tượng và trả lời câu hỏi.

Câu hỏi 1: Nếu các màng cao su bị biến dạng như Hình 16.2 thì chứng tỏ điều gì?

Hướng dẫn trả lời: 

Các màng cao su bị biến dạng như Hình 16.2 thì chứng tỏ áp suất chất lỏng tác dụng vào màng cao su làm cho nó bị lõm vào.

Câu hỏi 2: Với những vị trí khác nhau ở cùng một độ sâu thì áp suất chất lỏng tác dụng lên bình có thay đổi không? 

Hướng dẫn trả lời: 

Với những vị trí khác nhau ở cùng một độ sâu thì áp suất chất lỏng tác dụng lên bình không thay đổi.

Câu hỏi 3: Khi đặt bình sâu hơn (từ vị trí P đến Q) thì tác dụng của chất lỏng lên bình thay đối như thế nào?

Hướng dẫn trả lời: 

Khi đặt bình sâu hơn (từ vị trí P đến Q) thì tác dụng của chất lỏng lên bình tăng lên

Câu hỏi 4: Có phải chất lỏng chỉ tác dụng áp suất lên bình theo một phương như chất rắn không?

Hướng dẫn trả lời: 

Chất lỏng gây áp suất lên bình theo mọi phương chứ không theo một phương như chất rắn.

2. Sự truyền áp suất chất lỏng

Hoạt động 1: Thí nghiệm 2
Người ta đã làm thí nghiệm như Hình 16.3. Trong thí nghiệm này pit – tông (1) có tiết diện lớn gấp hai lần tiết diện của pit – tông (2). Các quả nặng được sử dụng trong thí nghiệm giống hệt nhau, khi đặt các quả nặng lên đĩa của một trong hai pit – tông sẽ làm tăng áp suất tác dụng lên chất lỏng. Ban đầu hai pit – tông ở vị trí cân bằng.
- Nếu đặt 4 quả nặng lên pit – tông (1) thì thấy pit – tông (2) dịch chuyển lên trên. Để hai pit – tông trở về vị trí ban đầu cần đặt 2 quả nặng lên pit – tông (2).
- Nếu đặt 2 quả nặng lên pit – tông (1) muốn pit – tông trở về vị trí ban đầu cần đặt 1 quả nặng lên pit – tông (2).

Câu hỏi: Từ kết quả mô tả ở thí nghiệm trên, hãy rút ra kết luận về sự truyền áp suất tác dụng vào chất lỏng theo mọi hướng.

Hướng dẫn trả lời:

Từ thí nghiệm trên ta thấy khi pit – tông (1) có tiết diện lớn gấp hai lần tiết diện của pit – tông (2) và lực tác dụng lên pit – tông (1) gấp 2 lần lực tác dụng lên pit – tông (2)  (vì số quả cân đặt lên pit – tông 1 gấp 2 lần số quả cân đặt lên pit tông 2) tức là: S = 2s thì F = 2f và áp suất tác dụng lên hai cột chất lỏng thông nhau là như nhau.
Khi tác dụng một lực f lên pit-tông nhỏ có diện tích s, lực này gây áp suất $p=\frac{f}{s}$ lên mặt chất lỏng. Áp suất này được chất lỏng truyền nguyên vẹn tới pit-tông lớn có diện tích S và gây nên lực nâng F cho pit-tông này:
$F=p.S=\frac{f.S}{s} \Rightarrow \frac{F}{f}=\frac{S}{s}$
Do đó, diện tích S lớn hơn diện tích s bao nhiêu lần thì lực F sẽ lớn hơn lực f bấy nhiêu lấn. Nhờ đó mà ta có thể dùng tay nâng cả một chiếc ô tô. Người ta còn sử dụng máy thuỷ lực để nén các vật. 

Hoạt động 2: Hãy thảo luận nhóm và thực hiện nhiệm vụ sau:

Mô tả và giải thích các hiện tượng trong thí nghiệm ở Hình 16.4a và Hình 16.4b.

Hướng dẫn trả lời:

- Ở Hình 16.4 a:

• Mô tả: Khi thổi không khí vào ống thì thấy chất lỏng trong ống (2), (3) và (4) dâng lên có độ cao như nhau.
• Giải thích hiện tượng: Khi thổi không khí vào ống sẽ gây ra một áp suất lên chất lỏng và áp suất này được chất lỏng truyền nguyên vẹn theo mọi hướng, tạo ra lực đẩy làm cho chất lỏng dâng cao như nhau ở ống (2), (3) và (4).

- Ở Hình 16.4 b:

• Mô tả: Khi ấn pit – tông làm chất lỏng bị nén lại và chất lỏng phun ra ngoài ở mọi hướng.
• Giải thích hiện tượng: Khi ấn pit – tông sẽ gây ra một áp suất lên chất lỏng và áp suất này được chất lỏng truyền nguyên vẹn theo mọi hướng, tạo ra lực đẩy làm cho chất lỏng phun ra ngoài ở mọi hướng.

Hoạt động 3: Hãy thảo luận nhóm và thực hiện nhiệm vụ sau: Hình 16.5 vẽ sơ đồ nguyên lí máy nén thủy lực. Hãy vận dụng tính chất truyền nguyên vẹn áp suất theo mọi hướng của chất lỏng để giải thích tại sao khi người tác dụng một lực nhỏ vào pit – tông nhỏ lại nâng được ô tô đặt trên pit – tông lớn.

Hướng dẫn trả lời: 

Khi tác dụng một lực f lên pit-tông nhỏ có diện tích s, lực này gây áp suất $p=\frac{f}{s}$ lên mặt chất lỏng. Áp suất này được chất lỏng truyền nguyên vẹn tới pit-tông lớn có diện tích S và gây nên lực nâng F cho pit-tông này:
$F=p.S=\frac{f.S}{s} \Rightarrow \frac{F}{f}=\frac{S}{s}$
Do đó, diện tích S lớn hơn diện tích s bao nhiêu lần thì lực F sẽ lớn hơn lực f bấy nhiêu lấn. Nhờ đó mà ta có thể dùng tay nâng cả một chiếc ô tô. Người ta còn sử dụng máy thuỷ lực để nén các vật. 

Câu hỏi: Hãy tìm thêm ví dụ trong đời sống minh họa áp suất tác dụng vào chất lỏng sẽ được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng

Hướng dẫn trả lời: 

Một số ví dụ trong đời sống minh họa áp suất tác dụng vào chất lỏng sẽ được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.
- Đài phun nước: hoạt động dựa trên nguyên tắc áp suất tác dụng vào chất lỏng sẽ được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng. Khi máy bơm chùm hút nước từ bể chứa và đưa nước tới vòi phun. Dưới tác động của lực máy bơm tạo ra áp suất tác dụng vào chất lỏng làm nước được đẩy lên trên qua vòi phun vào tạo thành các kiểu dáng như ý muốn.
- Các loại bình/ ấm có vòi rót nước thường có lỗ ở phần nắp để thông với không khí giúp tạo ra lực ép gây lên áp suất tác dụng vào chất lỏng sẽ được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng và đẩy nước thoát ra khỏi vòi.

II. ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN

1. Sự tồn tại của áp suất khí quyển

Hoạt động 1: Thí nghiệm 3
Chuẩn bị: Một cốc thủy tinh; một bình nước; một tấm nylon cứng; khay đựng dụng cụ thí nghiệm (Hình 16.6).

Tiến hành:
- Rót nước vào cốc, đặt tấm nylon cứng che kín miệng cốc, dùng tay giữ chặt tấm nylon cứng trên miệng cốc và từ từ úp ngược miệng cốc xuống (Hình 16.7)
- Từ từ đưa nhẹ tay ra khỏi miệng cốc quan sát xem tấm nylon có bị nước đẩy rời khỏi miệng cốc không. Giải thích hiện tượng quan sát được.

Hướng dẫn trả lời: 

- Kết quả thí nghiệm: Tấm nylon không bị nước đẩy rời khỏi miệng cốc.
- Giải thích: Do áp suất khí quyển bên ngoài cốc tác dụng lên tấm nylon lớn hơn áp suất của nước bên trong cốc tác dụng lên tấm nylon.

Hoạt động 2: Sử dụng một ống thủy tinh hở hai đầu và một cốc nước (Hình 16.8). Nhúng ống thủy tinh vào cốc nước để nước dâng lên một phần của ống, rồi lấy ngón tay bịt kín đầu trên và kéo ống ra khỏi nước. Quan sát xem nước có chảy ra khỏi ống hay không. Vẫn giữ tay bịt kín đầu trên của ống và nghiêng ống theo các phương khác nhau, khi đó nước có chảy ra khỏi ống hay không? Giải thích hiện tượng.

Hướng dẫn trả lời:

Khi nhúng một ống thuỷ tinh ngập trong nước, rồi lấy ngón tay bịt kín đầu phía trên và kéo ống ra khỏi nước. Nước không chảy ra khỏi ống là vì áp lực của không khí tác dụng vào nước theo phương từ dưới lên lớn hơn trọng lượng của cột nước, nên nước không bị chảy ra khỏi ống 

Câu hỏi 1: Tìm một số ví dụ chứng tỏ sự tồn tại của áp suất khí quyển

Hướng dẫn trả lời:

Một số ví dụ chứng tỏ sự tồn tại của áp suất khí quyển.
- Hút bớt không khí trong hộp sữa bằng giấy, ta thấy vỏ hộp bị bẹp theo nhiều phía.
Giải thích: Khi hút bớt không khí trong hộp sữa, khi đó áp suất trong hộp sữa nhỏ hơn áp suất khí quyển bên ngoài hộp nên vỏ hộp sữa bị bẹp theo nhiều phía.
- Gói bim bim phồng to, khi bóc ra bị xẹp.
Giải thích: Khi bóc gói bim bim không khí thoát ra ngoài dẫn tới áp suất không khí bên ngoài lớn hơn áp suất không khí trong gói bim bim nên gói bim bim bị xẹp theo nhiều phía.

Câu hỏi 2: Em hãy cho biết áp suất tác dụng lên mặt hồ và áp suất tác dụng lên đáy hồ là áp suất nào?

Hướng dẫn trả lời: 

Áp suất tác dụng lên một điểm ở mặt hồ là áp suất khí quyển, áp suất tác dụng lên một điểm ở đáy hồ là tổng áp suất gây bởi cột nước có độ cao bằng độ sâu của hồ và áp suất khí quyển. 

2. Một số ảnh hưởng và ứng dụng của áp suất không khí 

Câu hỏi 1: Em hãy tìm ví dụ và mô tả hiện tượng trong thực tế về sự tạo thành tiếng động trong tai khi thay đổi áp suất đột ngột

Hướng dẫn trả lời:

Ví dụ trong thực tế về sự tạo thành tiếng động trong tai khi thay đổi áp suất đột ngột: đi trong thang máy khi thang máy bắt đầu đi lên hoặc chuẩn bị dừng lại ta cũng thấy như có tiếng động trong tai, khi lặn sâu xuống nước cũng sẽ bị ù tai

Câu hỏi 2: Tìm thêm ví dụ về giác mút trong thực tế và giải thích hoạt động của nó.

Hướng dẫn trả lời: 

- Trong thực tế có rất nhiều loại giác mút chân không, chúng được sử dụng trong việc hút giữ, di chuyển các vật. Dựa vào kích thước của giác mút và khả năng mút mà chúng được chia thành giác mút chân không mini hay giác mút chân không công nghiệp, với các hình dạng phong phú như

- Hoạt động:
+ Khi ấn phễu của giác mút sát vào mặt kính hoặc tường phẳng làm giác mút bám chắc vào kính hoặc tường.
+ Khi ta kéo núm ra, gây ra tiếng “bật” có thể nghe thấy được.
- Giải thích hoạt động:
+ Khi ấn phễu của giác mút sát vào mặt kính hoặc tường phẳng làm cho áp suất không khí còn lại bên trong giác mút nhỏ hơn áp suất khí quyển bên ngoài và nhờ có lực ma sát cũng đóng vai trò giữ cho giác mút không bị trượt khỏi bề mặt của vật, giúp giác mút bám chắc vào kính hoặc tường.

+ Khi ta kéo núm ra, không khí tràn vào lấp đầy không gian chân không của núm, gây ra tiếng “bật” có thể nghe thấy được.

Câu hỏi 3: Hãy tìm trong thực tế những dụng cụ hoạt động theo nguyên lý của bình xịt cho biết chúng được sử dụng vào công việc gì

Hướng dẫn trả lời:

Những dụng cụ hoạt động theo nguyên lí của bình xịt như: bình tưới cây, bình xịt nước lau kính, bình xịt nước muối y tế,...