Giải bài tập Vật lý 8 Bài 9: Áp suất khí quyển
ẮP SUẤT KHÍ QUYÊN A. KIẾN THÚC TRỌNG TÂM 1. Sự tồn tại của áp suất khí quyển : Trái Đất và mọi vật trên Trái Đất đêu chịu tác dụng của áp suất khí quyển theo mọi phương. 'Lưu ý : Vì không khí có trọng lượng nên Trái Đất và mọi vật trên Trái Đất đều chịu áp suất của lớp không khí bao quanh Trái Đất gọi là áp suất khí quyển. Áp suất này tác dụng theo mọi phương. Ví dụ : Khi hút hết không khí trong một vỏ hộp nhựa mỏng ra thì áp suất trong vỏ hộp nhỏ hơn áp suất ở ngoài nên vỏ hộp chịu tác dụng của áp suất không khí tác dụng từ ngoài vào làm vỏ hộp bị bẹp theo nhiều phía ; Hoặc một ví dụ khác, khi cắm một ống thuỷ tinh hở hai đầu ngập trong nước, rồi lấy ngón tay bịt đầu phía trên và kéo ống ra khỏi nước. Ta thấy nước không chảy ra ngoài là do áp lực của không khí tác dụng vào nước từ dưới lên lớn hơn trọng lượng của cột nước. Nếu bỏ ngón tay bịt đầu trên của ống thì nước sẽ chảy ra khỏi ống là do khi đó áp suất khí trên ống cộng với áp suất cột nước trong ống lớn hơn áp suất khí quyển. 2. Độ lớn của áp suất khí quyển : Áp suất khí quyển bằng áp suất của cột thuỷ ngân trong ống Tô-ri-xe-ỉi, do đó người ta thường dùng mmHg làm đơn vị đo áp suất khí quyển. Lưu ỷ : Do trọng lượng riêng của thuỷ ngân là d — 136 000 N/m3. Mà p = d.h nên một cột thuỷ ngân cao h - 1 mm = 0,00 lm có áp suất là : p = 136 000.0,001 = 136 N/m3. Vậy ta có 1 mmHg = 136 N/m3. B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRONG SGK VÀ SBT Cl. Khi hút bớt không khí trong vỏ hộp ra, thì áp suất của không khí trong hộp nhỏ hơn áp suất ở ngoài, nên vỏ hộp chịu tác dụng của áp suất không khí từ ngoài vào làm vỏ hộp bị bẹp theo mọi phía. C2. Nước không chảy ra khỏi ống vì áp lực của không khí tác dụng vào nước từ dưới lên lớn hơn trọng lượng của cột nước (áp lực của không khí bằng trọng lượng của cột nước cao 10,37 m). C3. Nếu bỏ ngón tay bịt đầu trên của ống ra thì nước sẽ chảy ra khỏi ống, vì khi bỏ ngón tay bịt đầu trên của ống thì khí trong ống thông với khí quyển, áp suất khí trong ống cộng với áp suất cột nước trong ống lớn hơn áp suất khí quyển, bởi vậy làm nước chảy từ trong ống ra. C4. Vì khi rút hết không khí trong quả cầu ra thì áp suất trong quả cầu bằng 0, trong khi đó vỏ quả cầu chịu tác dụng của áp suất khí quyển từ mọi phía làm hai bán cầu ép chặt với nhau. C5. Áp suất tác dụng lên A (ở ngoài ống) và áp suất tác dụng lên B (ở trong ống) bằng nhau vì hai điểm này cùng ở trên mặt phẳng nằm ngang trong chất lỏng. C6. Ap suất tác dụng lên A là áp suất khí quyển, áp suất tác dụng lên B là áp suất gây ra bởi trọng lượng của cột thuỷ ngân cao 76 cm. C7. Áp suất gây ra bởi trọng lượng của cột thuỷ ngân cao 76 cm tác dụng lên B được tính theo công thức : p = h.d = 0,76.136 000 = 103 360 N/m2. C8. Học sinh tự làm thí nghiệm và trả lời câu hỏi ở đầu bài. C9. Nêu ví dụ chứng tỏ sự tồn tại của áp suất khí quyển : bẻ một đầu ống thuốc tiêm, thuốc không chảy ra được ; bẻ cả hai đầu ống, thuốc chảy ra dễ dàng. CIO. Nói áp suất khí quyển bằng 76 cmHg có nghĩa là không khí gây ra một áp suất bằng áp suất ở đáy của cột thuỷ ngân cao 76 cm. - Tính áp suất này ra N/m2 (xem C7). Cll. Trong thí nghiệm của Tô-ri-xe-li, giả sử không dùng thuỷ ngân mà dùng nước thì chiều cao cột nước được tính như sau : _. , v_ p _ 103360 p = h.d -> h - — - ■ • ■ = 10,336m d 10000 p là áp suất khí quyển tính ra N/m2, d là trọng lượng riêng của nước. Như vậy ống Tô-ri-xe-li phải dài ít nhất là 10,336m. C12*. Không thể tính trực tiếp áp suất khí quyển bằng công thức p = h.d, vì độ cao của lớp khí quyển không xác định được chính xác và trọng lượng riêng của không khí cũng thay đổi theo độ cao. B. 9.2. c. Đê’ rót nước dễ dàng. Vì có lỗ thủng trên nắp nên khí trong ấm thông với khí quyển, áp suất khí trong ấm cộng với áp suất nước trong ấm lớn hơn áp suất khí quyển, bởi vậy làm nước chảy từ trong ấm ra dễ dàng hơn. Khi để ống Tô-ri-xe-li thẳng đứng, áp suất khí quyển bằng áp suất của cột thuỷ ngân gây ra ở A (pA = pkq). Khi bắt đầu nghiêng ống, chiều cao của cột thuỷ ngấn giảm, nghĩa là áp suất tại điểm B trong ống nhỏ hơn áp suất tại điểm A ngoài ống. Áp suất tại điểm B là áp suất trên mặt thoáng của cột thuỷ ngân, đó chính là áp suất khí quyển, lúc đó pB < pkq. Do chênh lệch về áp suất đó nên thuỷ ngân ở trong chậu chuyển vào ống Tô-ri-xe-li cho đến khi độ cao của thuỷ ngân bằng độ cao ban đầu nghĩa là PB = pkq. Bởi vậy khi để nghiêng ống Tô-ri-xe-li chiều dài của cột thuỷ ngân thay đổi, còn chiều cao không đổi. Thể tích phòng : V = 4.6.3 = 72 m3 Khối lượng khí trong phòng : m = V.D = 72.1,29 = 92,88 kg. Trọng lượng của không khí trong phòng là : p = m.10 = 92,88.10 = 928,8 N. Trong cơ thể của con người, và cả trong máu của con người đều có không khí. Áp suất của không khí bên trong con người bằng áp suất khí quyển. Con người sống trong sự cân bằng giữa áp suất bên trong và bên ngoài cơ thể. Khi con người từ tàu vũ trụ bước ra khoảng không, áp suất từ bên ngoài tác dụng lên cơ thể là rất nhỏ, có thể xấp xỉ bằng 0. Con người không thể chịu được sự phá vỡ cân bằng áp suất như vậy và sẽ chết. Áo giáp của nhà du hành vũ trụ có tác dụng giữ cho áp suất bên trong áo giáp có độ lớn xấp xi bằng áp suất khí quyển bình thường trên mặt đất. B. Gọi d,, d2 lần lượt là trọng lượng riêng của thuỷ ngân và rượu ; hị, h2 lần lượt là chiều cao của cột thuỷ ngân và của rượu trong ống Tô-ri-xe-li. Ta có : A u _A u _ dphj 136000.0,76 dl.h, = d,.h, => h, = 11 = = 12,92m. 1 22 2 d2 8000 c. 9.9. B. a) Áp suất của khí quyển (75,8 cmHg) tính ra đơn vị Pa là : pk = h.d = 0,758.136 000 = 103 088 Pa b) Áp suất do nước gây ra ở độ sâu 5m là : pn = dn.h = 10 000.5 = 50 000 Pa Áp suất do cả nước và khí quyển gây ra ở độ sâu 5m là : p = pk + pn = 103 088 + 50 000 = 153 088 Pa « 112,6 cmHg + Áp suất ở chân núi (độ cao hj) là : p, = 0,75.136 000 = 102 000 N/m2 + Áp suất ở đỉnh núi (độ cao h2) là : p2 = 0,715.136 000 = 97 240 N/m2 + Độ chênh lệch áp suất ở hai độ cao là : 102 000 - 97 240 = 4 760 N/m2 + Vậy : h2 - h, = 4 760 _ 380,8 m. 1 12,5 a) Áp suất không khí trong bình cầu lớn hơn áp suất của khí quyển. b) Độ chênh lệch giữa áp suất không khí trong bình cầu và áp suất’khí quyển là : Ap = 0,04.136 000 = 5 440 N/m2 = 5 440 Pa. c. BÀI TẬP BỔ SUNG 9a. Một khí áp kế đặt trên điểm cao nhất, của toà nhà chỉ 732 mmHg. Xác định độ cao của toà nhà so với mặt đất biết áp suất của không khí ở mặt đất dưới chân toà nhà là 750 mmHg. Trọng lượng riêng của thuỷ ngân là 136 000 N/m3, của không khí là 13 N/m3. 9b. Người ta thả một cái hộp sắt nổi trong một bình nước. Ở tâm của đáy hộp có một lỗ hổng nhỏ được bịt kín bằng một cái nút có thể tan trong nước. Ban đầu mực nước so với đáy bình là h0, sau một thời gian ngắn, cái nút bị tan, nước chui vào hộp và cái hộp bị chìm xuống. Hãy chứng minh rằng sau khi nước tràn vào hộp, mực nước trong bình giảm xuống. 9c. • Một ống hình trụ có chiều dài h = 0,6 m, được nhúng thẳng đứng trong nước. Bên trong ống chứa đầy dầu và đáy được dốc ngược lên trên. Tính áp suất tại điểm M ở mặt trong của đáy ống, biết miệng ống cách mặt nước khoảng h0 = 2,4 m và áp suất khí quyển bằng 100 000 N/m2. Cho khối lượng riêng của dầu Dd = 800 kg/m3, của nước Hình 9.1 Dn = 1 000 kg/m3.