Công thức tính áp suất chất lỏng

Áp suất chất lỏng là gì? Công thức tính áp suất chất lỏng chính xác nhất như thế nào? Ứng dụng của áp suất chất lỏng trong đường ống và khoa học kỹ thuật. Cùng tìm hiểu ở bài viết này các bạn nhé

Giới thiệu chung về áp suất chất lỏng

Áp suất chất lỏng là gì?

Áp suất chất lỏng(Tiếng anh: Fluid pressure) là lực tác động của chất lỏng lên một diện tích đơn vị. Áp suất được đo bằng đơn vị đồng vị áp suất (Pascal – Pa), tương đương với một Newton trên một mét vuông. Áp suất chất lỏng phụ thuộc vào độ sâu của chất lỏng, gọi là áp suất thủy tĩnh, và cũng phụ thuộc vào mật độ của chất lỏng.

Khi chất lỏng ở trạng thái nằm yên, áp suất thủy tĩnh sẽ được phân bố đều trong chất lỏng theo chiều dọc. Nếu chất lỏng ở trạng thái chảy, áp suất chất lỏng sẽ không còn phân bố đều và có thể thay đổi theo độ cao của mỗi điểm trong chất lỏng. Điều này có thể dẫn đến các hiện tượng như chảy ngược hoặc chảy xung quanh vật thể nổi trên mặt chất lỏng.

Áp suất chất lỏng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cơ học, kỹ thuật, y học, nghiên cứu môi trường, vật lý đại cương và nhiều lĩnh vực khác. Việc hiểu rõ khái niệm về áp suất chất lỏng sẽ giúp ta có thể áp dụng và áp suất chất lỏng trong thực tế một cách chính xác và hiệu quả.

Các đơn vị đo áp suất chất lỏng

Áp suất thường được đo bằng nhiều đơn vị khác nhau bằng việc sử dụng công thức tính áp suất chất lỏng cho ra các kết quả bằng các đơn vị đo áp suất khác nhau. Có thể liệt kê các đơn vị đo áp lực của chất lỏng thường được sử dụng hiện nay như sau:

• Pascal (Pa): Đây là đơn vị đo áp suất cơ bản trong hệ đo SI, tương đương với một Newton trên một mét vuông. 1 Pa ≈ 0,000145 psi.
• Bar (bar): Bar là đơn vị đo áp suất chất lỏng được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp và kỹ thuật. 1 bar ≈ 14,5 psi.
• Kilopascal (kPa): Kilopascal là một đơn vị đo áp suất phổ biến được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, từ y học đến đóng tàu và khai thác dầu khí. 1 kPa ≈ 0,145 psi.
• Hectopascal (hPa): Đơn vị đo áp suất chất lỏng này thường được sử dụng trong dự báo thời tiết. 1 hPa ≈ 0,0145 psi.
• Atmosphere (atm): Atmosphere được sử dụng phổ biến trong ngành đóng tàu và hàng hải. 1 atm ≈ 14,7 psi.
• Millimeter thủy ngân (mmHg): Đây là đơn vị đo áp suất chất lỏng được sử dụng trong y học và thường được sử dụng để đo huyết áp. 1 mmHg ≈ 0,0193 psi.
• Pound-force per square inch (psi): Psi là một đơn vị đo áp suất chất lỏng phổ biến được sử dụng trong ngành công nghiệp và kỹ thuật. 1 psi ≈ 6,89 kPa.

Ví dụ về áp suất chất lỏng trong cuộc sống hàng ngày

Trong cuộc sống hằng ngày chúng ta thường sử dụng đến nước, các loại đường ống nước, van nước. Vậy bạn cần phải biết được áp lực của nước lên đường ống là khoảng bao nhiêu để có thể tính toán lựa chọn vật tư thích hợp

Ở các chung cư và tòa nhà cao tầng, việc tính toán áp lực nước dựa trên công thức tính áp suất của chất lỏng rất quan trọng. Nước từ trên cao chuyển xuống các tầng, càng ở tầng thấp áp lực nước càng lớn, tính toán để đưa ra được con số cụ thể của áp lực nước là mức bao nhiêu để sử dụng các dòng van giảm áp nước, van an toàn dùng cho nước để đảm bảo hệ thống và đảm bảo an toàn cho các thiết bị sử dụng

Điều này còn quan trọng hơn trong công nghiệp: Với các đường ống công nghiệp, sử dụng các công thức tính áp suất chất lỏng với mục đích đảm bảo an toàn cho hệ thống đường ống, lựa chọn các loại van, thiết bị đo, máy bơm… đúng với áp lực của chất lỏng trên đường ống

Công thức tính áp suất chất lỏng

Công thức tính áp suất chất lỏng

Trong kiến thức chúng ta đã được học từ thời THPT thì công thức tính áp suất của chất lỏng được sử dụng như sau:

P = ρ.g.h

Trong đó:

• P là áp suất của chất lỏng, đơn vị là pascal (Pa).
• ρ là khối lượng riêng của chất lỏng, đơn vị là kilogram trên mét khối (kg/m3).
• g là gia tốc trọng trường, đơn vị là mét trên giây bình phương (m/s2).
• h là độ cao của chất lỏng tính từ bề mặt chất lỏng đến điểm đo áp suất, đơn vị là mét (m).

Ai là người tìm ra công thức tính áp suất chất lỏng

• Thế kỷ thứ 3 TCN: Nhà khoa học và triết gia Hy Lạp Archimedes đã phát hiện ra khái niệm về áp suất và khối lượng riêng của chất lỏng. Ông đã tìm ra công thức để tính toán lực nổi lên trên một vật chìm trong chất lỏng, gọi là nguyên lý Archimedes. Tuy nhiên, công thức này không phải là công thức tính áp suất chất lỏng.
• Thế kỷ thứ 17: Nhà khoa học Blaise Pascal đã thực hiện một loạt thí nghiệm liên quan đến áp suất chất lỏng và khí. Ông đã đưa ra công thức P = F/A để tính toán áp suất của chất lỏng và khí, trong đó P là áp suất, F là lực tác động và A là diện tích tiếp xúc.
• Thế kỷ thứ 18: Nhà toán học Leonhard Euler đã phát triển công thức tính áp suất chất lỏng P = ρgh để tính toán áp suất của chất lỏng, trong đó ρ là khối lượng riêng của chất lỏng, g là gia tốc trọng trường và h là chiều cao của chất lỏng.
• Thế kỷ thứ 19: Công thức P = ρgh của Euler đã được chấp nhận rộng rãi trong cộng đồng khoa học và được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực tế.
• Thế kỷ 20: Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các công thức mới được phát triển để tính toán áp suất chất lỏng. Tuy nhiên, công thức P = ρgh vẫn được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng cơ bản và giáo dục.

Ví dụ về cách tính áp suất chất lỏng theo công thức

Khối lượng riêng của nước là 1.000 kg/m ³ . Tính áp suất do nước tác dụng lên đáy một bể bơi sâu 2,0 m. (Cường độ trường hấp dẫn, g, là 10 N/kg.)

Ta có thể áp dụng công thức tính áp suất chất lỏng như sau:

P = ρ.g.h

Thay số vào: P = 1.000 x 10 x 2.0 = 20.000 Pa

Ứng dụng của áp suất chất lỏng

Khi nghiên cứu về công thức tính áp suất chất lỏng, tính toán ra được áp suất chất lỏng giúp chúng ta có một góc nhìn về thông số kỹ thuật chính xác. Chính vì vậy hiểu được áp suất chất lỏng chúng ta có thể biết được ứng dụng của nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ cuộc sống đến công nghiệp

• Truyền động lực học: Áp suất chất lỏng được sử dụng để truyền động lực học trong các hệ thống truyền động bằng chất lỏng, như trong hệ thống thủy lực hay hệ thống truyền động bánh răng.
• Thiết bị đo áp suất: Đồng hồ đo áp lực dạng cơ, dạng điện tử Cho chúng ta biết được thông số chính xác của áp lực chất lỏng thay vì sử dụng công thức tính áp suất chất lỏng
• Điều khiển quá trình sản xuất: Áp suất chất lỏng được sử dụng để điều khiển quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp như thực phẩm, dược phẩm, hoá chất, và nhiều ngành công nghiệp khác. Nó được sử dụng để tính toán áp lực thiết kế hệ thống đường ống, phụ kiện đường ống cũng như các loại van công nghiệp(Van cổng, van bướm, van bi, van cầu, van điều khiển….)
• Hệ thống phanh ô tô: Áp suất chất lỏng được sử dụng trong hệ thống phanh của ô tô để truyền động lực học từ bàn đạp phanh đến các bánh xe. Giúp kỹ sư tự động hóa lập trình tính toán cho hệ thống phanh thủy lực tự động, đặc biệt sử dụng trong các dòng xe hiện đại, các loại máy móc tự động(Máy xúc, máy nâng, máy lu…)
• Xử lý nước thải: Áp suất chất lỏng được sử dụng trong các quá trình xử lý nước thải như lọc Y, van chặn, đồng hồ đo nước thải(dạng cơ, dạng điện từ), và đẩy nước thải qua các bộ lọc để loại bỏ các chất gây ô nhiễm. Áp lực của loại chất lỏng này cũng quan trọng để tính toán lựa chọn thiết bị phù hợp
• Được áp dụng rộng rãi trong hệ thống nước sạch ở các nhà máy nước sạch, công ty cấp thoát nước…đảm bảo lưu lượng dòng chảy cũng như áp lực nước trên đường ống

Những vấn đề liên quan đến áp suất chất lỏng cần lưu ý

Khi làm việc về áp lực của chất lỏng cũng như áp dụng công thức tính áp suất chất lỏng, các bạn cần lưu ý đến một số điểm như sau:

• Các thông số để tính toán cần có độ chính xác cụ thể nhất, đảm bảo sai sót là thấp nhất để đưa ra giá trị  áp suất chất lỏng một cách chính xác. Đây là điều kiện tiên quyết khi các bạn tính toán và đưa ra con số áp lực cụ thể. Đẻ áp dụng công thức tính áp suất chất lỏng để cho ra kết quả chính xác thì các con số phải gần như là chính xác các bạn nhé
• Điều chỉnh thiết bị đo áp suất: Thiết bị đo áp suất(Đồng hồ đo áp suất, cảm biến áp suất…) của chất lỏng cần được hiệu chuẩn trước khi sử dụng để đảm bảo độ chính xác của kết quả đo. Chúng ta biết rằng các thiết bị đo việc hiệu chuẩn, kiểm định gần như là bắt buộc để các thiết bị vận hành chính xác, không bị lỗi kỹ thuật đáng tiếc xảy ra
• Sử dụng thiết bị bảo vệ: Khi làm việc với áp suất chất lỏng, cần sử dụng các thiết bị bảo vệ, ví dụ như bình chứa chất lỏng, van an toàn và bộ giảm áp, để đảm bảo an toàn cho người làm việc.
• Kiểm tra áp suất tối đa: Áp suất chất lỏng cần được giới hạn để đảm bảo an toàn và tránh sự cố. Vì vậy, trước khi sử dụng chất lỏng, cần kiểm tra áp suất tối đa mà nó có thể chịu được.
• Tính toán và đo lường chính xác: Cần tính toán và đo lường áp suất chất lỏng với độ chính xác cao để đảm bảo kết quả đo lường chính xác và tránh những sai số có thể gây ảnh hưởng đến quy trình sản xuất hoặc đo lường.
• Thực hiện bảo trì định kỳ: Các thiết bị và hệ thống đo áp suất chất lỏng cần được bảo trì định kỳ để đảm bảo tính năng lực hoạt động của chúng. Việc bảo trì định kỳ cũng giúp phát hiện sớm các lỗi có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng và môi trường

Các yếu tố làm ảnh hưởng đến áp suất của chất lỏng

Khi tìm hiểu về áp suất của chất lỏng và sử dụng công thức tính áp suất chất lỏng chúng ta cũng cần lưu ý đến một số yếu tố sau có thể ảnh hưởng đến kết quả đo:

• Độ sâu của chất lỏng đang đo(Hay còn gọi là chiều cao cột chất lỏng): Áp suất của chất lỏng tăng lên theo độ sâu trong chất lỏng. Điều này do trọng lực tác động lên các phân tử chất lỏng từ trên xuống. Bởi Áp suất của chất lỏng tăng theo chiều cao, cụ thể là tăng lên khoảng 1 atm(Át mốt phe) cho mỗi chiều cao tương đương với 10 m.
• Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của chất lỏng cũng ảnh hưởng đến áp suất của nó. Các chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn sẽ có áp suất lớn hơn.
• Nhiệt độ: Nhiệt độ của chất lỏng cũng ảnh hưởng đến áp suất của nó. Khi nhiệt độ tăng, áp suất của chất lỏng giảm.
• Thay đổi diện tích tiếp xúc, thay đổi tiết diện ống dẫn: Điều này cũng làm ảnh hưởng đến kết quả đo áp suất chất lỏng đang tính. Nếu diện tích tiếp xúc tăng, áp suất giảm và ngược lại.
• Tính chất hóa học của chất lỏng đang xét: Một số dòng chất lỏng đặc biệt là hóa chất có thể bị ảnh hưởng bởi tính chất hóa học của nó. Cụ thể ví dụ như áp suất của dung dịch có thể tăng lên khi nồng độ chất hòa tan trong dung dịch tăng lên.
• Gia tốc trọng trường cũng ảnh hưởng đến kết quả của áp suất chất lỏng, những nơi có gia tốc trọng trường cao hơn sẽ tạo ra áp suất cao hơn.

Kết luận về bài viết công thức tính áp suất chất lỏng

Trên đây là toàn bộ bài viết của chúng tôi về chủ đề công thức tính áp suất chất lỏng. Đây là một kiến thức khá quan trọng và được áp dụng trong thực tế cũng như trong công nghiệp

Sử dụng thành thạo công thức này giúp chúng ta chủ động hơn trong việc tính toán số liệu áp lực của chất lỏng sử dụng để đưa ra các thiết kế ban đầu, phương án thi công hay thiết bị sử dụng. Đáp ứng được thông số áp suất nhằm đảm bảo an toàn cho thiết bị cũng như con người

Ngoài ra chúng tôi cũng đưa ra các yếu tố làm ảnh hưởng đến kết quả của công thức tính áp suất chất lỏng cũng như áp lực của chất lỏng cần đo các bạn nhé

Bạn có thể đọc thêm bài viết về: Áp suất là gì? | Các loại áp suất hiện nay

Cảm ơn các bạn đã quan tâm và theo dõi bài viết, hẹn gặp lại ở các bài viết tiếp theo