Bài toán tổng hợp: áp lực, áp suất và ứng dụng
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em giải được một bài toán tổng hợp nhiều bước về áp suất chất rắn: từ khối lượng một vật, tự tính áp lực, tính áp suất, so sánh với một giới hạn cho trước, và đề xuất giải pháp khi áp suất vượt quá giới hạn an toàn.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài này không có kiến thức mới — nó là bài luyện tổng hợp toàn bộ Chương 1 đến Chương 4: từ khối lượng suy ra áp lực (P = 10m), tính áp suất (p = F/S), so sánh với giới hạn cho trước, và nếu cần thì tính lại diện tích tối thiểu (S = F/p) để đưa áp suất về mức an toàn.
Một chiếc tủ lạnh mới mua được đặt lên sàn gỗ của một căn hộ chung cư. Vài tuần sau, chủ nhà phát hiện bốn vết lõm nhỏ trên sàn gỗ, đúng ngay vị trí bốn chân tủ lạnh. Đây không phải do sàn gỗ kém chất lượng — mà là một bài toán áp suất chất rắn hoàn toàn có thể tính trước được.
Kiến thức trọng tâm
- 1
Một chiếc tủ lạnh có khối lượng 90 kg, đặt trên bốn chân với tổng diện tích tiếp xúc là 120 cm². Sàn gỗ của căn hộ chỉ chịu được áp suất tối đa 15 000 Pa mà không bị lõm. Hỏi việc đặt tủ lạnh trực tiếp lên sàn có an toàn không? Nếu không, cần lót thêm một tấm đế có diện tích tối thiểu bao nhiêu?
- 2
Ta có: tủ lạnh đặt nằm yên trên sàn ngang, nên áp lực F = P = 10m = 10 × 90 = 900 N.
- 3
Đổi S = 120 cm² = 0,012 m². Áp dụng p = F/S: p = 900 : 0,012 = 75 000 Pa.
- 4
So sánh: p = 75 000 Pa > p_max = 15 000 Pa. Vậy đặt trực tiếp tủ lạnh lên sàn là KHÔNG an toàn — áp suất vượt giới hạn của sàn gỗ tới 5 lần.
- 5
Để an toàn, cần S_min = F/p_max = 900 : 15 000 = 0,06 m² (tức 600 cm²). Vậy cần lót thêm một tấm đế có diện tích tối thiểu 600 cm² dưới bốn chân tủ lạnh để áp suất giảm xuống mức sàn gỗ chịu được.
- 1
Ba vật A, B, C lần lượt được đặt trên một tấm sàn thử nghiệm: vật A có khối lượng 40 kg, diện tích tiếp xúc 0,02 m²; vật B có khối lượng 25 kg, diện tích tiếp xúc 0,005 m²; vật C có khối lượng 60 kg, diện tích tiếp xúc 0,03 m². Vật nào gây áp suất lớn nhất lên sàn?
- 2
Ta có: F_A = 10 × 40 = 400 N; F_B = 10 × 25 = 250 N; F_C = 10 × 60 = 600 N.
- 3
Áp dụng p = F/S cho từng vật: p_A = 400 : 0,02 = 20 000 Pa; p_B = 250 : 0,005 = 50 000 Pa; p_C = 600 : 0,03 = 20 000 Pa.
- 4
So sánh ba kết quả: p_B = 50 000 Pa lớn hơn p_A = p_C = 20 000 Pa. Vậy vật B gây áp suất lớn nhất lên sàn, dù có khối lượng nhỏ nhất trong ba vật — vì diện tích tiếp xúc của vật B nhỏ hơn hẳn so với áp lực tương ứng của nó.
Trong một bài toán nhiều bước, đừng dừng lại ngay sau khi tính được áp suất p. Luôn đọc lại câu hỏi: đề chỉ hỏi giá trị p, hay còn hỏi tiếp 'có an toàn không', 'cần diện tích tối thiểu bao nhiêu'? Bỏ sót bước so sánh hoặc bước tính ngược là lỗi phổ biến nhất ở dạng bài tổng hợp.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Một bài toán áp suất chất rắn tổng hợp luôn theo năm bước: xác định áp lực, xác định diện tích, tính áp suất, so sánh với giới hạn cho trước, và nếu cần thì tính lại diện tích tối thiểu để đảm bảo an toàn. Ghi nhớ đúng trình tự này giúp em không bỏ sót bước nào trong bài kiểm tra.
Chương cuối cùng của khoá học sẽ ôn lại toàn bộ áp lực, công thức áp suất và nguyên tắc tăng giảm áp suất trong một loạt bài tập tổng hợp, chuẩn bị cho em một nền tảng vững chắc trước khi bước sang áp suất chất lỏng.