Giải đáp mọi thắc mắc về áp suất khí quyển cùng vatly.edu.vn

Chào mừng bạn đến với vatly.edu.vn, nơi mà sự hiểu biết về thế giới xung quanh chúng ta được mở rộng và sâu sắc hơn qua từng bài học. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau khám phá một trong những yếu tố cơ bản nhất nhưng lại vô cùng quan trọng trong vật lý và đời sống – áp suất khí quyển.

Áp suất khí quyển không chỉ ảnh hưởng đến thời tiết và khí hậu mà còn tác động đến mọi hoạt động từ hàng không, dự báo thời tiết đến đời sống hàng ngày của chúng ta. Cùng chúng tôi khám phá sâu hơn về áp suất khí quyển và tìm hiểu tại sao nó lại có tầm quan trọng đặc biệt.

Áp suất khí quyển là gì? 

Áp suất khí quyển là áp suất do trọng lượng của khí quyển Trái Đất tác động lên mọi vật thể và bề mặt trên hành tinh của chúng ta. Nó được tạo ra bởi trọng lượng tổng cộng của không khí ở trên một điểm cụ thể, và thường được đo bằng Pascal (Pa) trong hệ thống đo lường quốc tế, mặc dù đơn vị áp suất khí quyển (atm) và milibar (mb) cũng được sử dụng rộng rãi.

Áp suất khí quyển là áp suất do trọng lượng của khí quyển Trái Đất tác động lên mọi vật thể và bề mặt trên hành tinh của chúng ta. Nó được tạo ra bởi trọng lượng tổng cộng của không khí ở trên một điểm cụ thể, và thường được đo bằng Pascal (Pa) trong hệ thống đo lường quốc tế, mặc dù đơn vị áp suất khí quyển (atm) và milibar (mb) cũng được sử dụng rộng rãi.

Các ví dụ về áp suất khí quyển

Áp suất khí quyển có nhiều ví dụ thực tế trong đời sống hàng ngày và trong các ứng dụng khoa học, dưới đây là một số ví dụ điển hình:

• Sự thay đổi áp suất khí quyển thường dùng để dự báo thời tiết. Một giảm đột ngột áp suất có thể báo hiệu sự đến gần của một cơn bão, trong khi áp suất cao thường liên quan đến thời tiết quang đãng và ổn định.
• Trong tâm bão, áp suất không khí rất thấp, tạo ra sự chênh lệch áp suất lớn giữa tâm bão và môi trường xung quanh, dẫn đến gió mạnh và mưa lớn.
• Ở những độ cao cao, áp suất khí quyển thấp hơn, làm giảm điểm sôi của nước. Ví dụ, nước sôi ở nhiệt độ thấp hơn 100°C trên đỉnh núi cao, ảnh hưởng đến việc nấu ăn và đun nước.
• Sự thay đổi áp suất khí quyển nhanh chóng khi máy bay cất cánh hoặc hạ cánh, hoặc khi lặn sâu dưới nước, có thể làm cho tai bạn cảm thấy bị bí bách hoặc ù do sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài màng nhĩ.

Công thức và đơn vị đo áp suất khí quyển

Công thức tính áp suất khí quyển

\[ P = \frac{F}{A} \]

trong đó:

– \( P \) là áp suất (đơn vị thường dùng là Pascal, viết tắt là Pa).

– \( F \) là lực tác động lên bề mặt (đơn vị Newton, N).

– \( A \) là diện tích bề mặt mà lực tác động lên (đơn vị mét vuông, m²).

Đơn vị đo áp suất khí quyển

Có nhiều đơn vị đo áp suất khí quyển khác nhau, bao gồm:

• Pascal (Pa): Đơn vị SI của áp suất, được định nghĩa là 1 newton trên mét vuông (1 N/m²).
• Milimet thủy ngân (mmHg): Đơn vị truyền thống để đo áp suất khí quyển, được định nghĩa là áp suất do một cột thủy ngân cao 1 mmHg tạo ra.
• Atmosphere (atm): Đơn vị áp suất bằng với áp suất khí quyển trung bình tại mực nước biển.
• Pound trên inch vuông (psi): Đơn vị đo áp suất thường được sử dụng ở Hoa Kỳ, được định nghĩa là lực 1 pound tác dụng lên diện tích 1 inch vuông.

Mối quan hệ giữa các đơn vị đo áp suất khí quyển:

• 1 atm = 101325 Pa = 760 mmHg = 14,7 psi
• 1 mmHg = 133,322 Pa = 0,00131578 atm = 0,0193368 psi
• 1 Pa = 0,00000986923 atm = 0,00750062 mmHg = 0,000145038 psi

Độ lớn áp suất khí quyển là bao nhiêu?

Thí nghiệm Tô-ri-xe-li

Quan sát thí nghiệm

Trong một thí nghiệm mang tính biểu tượng, nhà khoa học Torricelli đã sử dụng một ống thủy tinh dài 1 mét, một đầu được niêm phong, và điền đầy thủy ngân vào bên trong. Khi đảo ngược ống và nhúng nó vào một bình thủy ngân, ông nhận thấy mực thủy ngân giảm xuống còn khoảng 76cm so với mặt thoáng của bình. 

Điều này minh họa áp suất tại hai điểm cùng một độ cao trong chất lỏng là như nhau, với áp suất tại đáy ống do trọng lượng cột thủy ngân cao 76cm tạo ra và áp suất tại mặt thoáng chính là áp suất khí quyển.

Nhận xét thí nghiệm

Qua thí nghiệm, Torricelli đã khẳng định áp suất khí quyển không chỉ tồn tại mà còn có thể được đo lường một cách chính xác thông qua cột thủy ngân trong ống thủy tinh. Điều này mở ra một cách tiếp cận mới trong việc đo đạc áp suất khí quyển, sử dụng mmHg làm đơn vị đo chuẩn. 

Thí nghiệm của Torricelli không chỉ cung cấp bằng chứng cho áp suất khí quyển mà còn thiết lập một phương pháp tiêu chuẩn cho việc đo đạc áp suất trong các nghiên cứu vật lý, qua đó mở rộng hiểu biết về áp suất không khí và cách thức đo lường nó trong các điều kiện khác nhau.

Độ lớn áp suất khí quyển

Áp suất khí quyển, khác biệt so với áp suất trong chất lỏng và chất rắn, được đo đạc một cách đặc biệt. Torricelli, thông qua thí nghiệm mang tính biểu tượng của mình, đã minh họa cách đo áp suất khí quyển bằng thủy ngân trong ống thủy tinh, thiết lập mmHg làm đơn vị đo chuẩn. 

Thí nghiệm cho thấy áp suất khí quyển tạo ra lực đủ mạnh để giữ cột thủy ngân 76cm cao, đánh dấu bước đột phá trong việc hiểu và đo lường áp suất không khí. 

Điều này không chỉ cung cấp bằng chứng rõ ràng về tồn tại và độ lớn của áp suất khí quyển mà còn mở đường cho việc tiêu chuẩn hóa phương pháp đo áp suất không khí trong nghiên cứu khoa học.

Bài tập ứng dụng về áp suất khí quyển cho học sinh lớp 8 (có đáp án)

Câu 1: Áp suất khí quyển là gì?

A. Lực mà trọng lượng của khí quyển tác dụng lên một đơn vị diện tích bề mặt.

B. Lực mà khí quyển tác dụng lên tất cả các vật trên Trái Đất.

C. Lực mà các vật trên Trái Đất tác dụng lên khí quyển.

D. Lực mà trọng lượng của Trái Đất tác dụng lên một đơn vị diện tích bề mặt.

Đáp án: A

Câu 2: Nhận xét nào sau đây là sai khi nói về áp suất khí quyển?

A. Áp suất khí quyển có ở mọi nơi trên Trái Đất.

B. Càng lên cao, áp suất khí quyển càng giảm.

C. Áp suất khí quyển tác dụng theo mọi phương.

D. Áp suất khí quyển không đổi theo thời gian.

Đáp án: D

Câu 3: Hiện tượng nào sau đây không do áp suất khí quyển gây ra?

A. Nước chảy ra khỏi cốc khi ta lật ngược cốc.

B. Bóng bay bay lên khi ta thổi khí vào.

C. Piston trong xi lanh di chuyển khi ta ấn tay vào.

D. Thuyền buồm di chuyển trên biển.

Đáp án: C

Câu 4: Một chiếc máy bay đang bay ở độ cao 1000m. Biết áp suất khí quyển tại mặt đất là 760 mmHg, trọng lượng riêng của không khí là 1,29 kg/m3. Áp suất khí quyển tại độ cao 1000m là bao nhiêu?

A. 670 mmHg

B. 700 mmHg

C. 730 mmHg

D. 750 mmHg

Đáp án: A

Câu 5: Giải thích tại sao khi ta dùng ống hút để uống nước, nước lại di chuyển lên?

A. Do áp suất khí quyển tác dụng lên miệng ống hút.

B. Do áp suất khí quyển tác dụng lên mặt nước.

C. Do sự chênh lệch áp suất giữa hai đầu ống hút.

D. Do lực hút của Trái Đất.

Đáp án: C

Câu 6: Một quả bóng bay được bơm căng ở nhiệt độ 20°C. Khi đưa quả bóng bay lên đỉnh núi, nơi có nhiệt độ 0°C, quả bóng sẽ:

A. Nhỏ lại.

B. To ra.

C. Không thay đổi kích thước.

D. Vỡ tung.

Đáp án: A

Câu 7: Một người thợ lặn đang ở độ sâu 10m dưới mực nước biển. Biết trọng lượng riêng của nước là 10000 N/m3. Áp suất nước tác dụng lên người thợ lặn là bao nhiêu

A. 100000 N/m2

B. 10000 N/m2

C. 1000 N/m2

D. 100 N/m2

Đáp án: A

Câu 8: Một bình chứa đầy nước được đậy kín bằng nút cao su. Khi đun nóng bình, hiện tượng gì sẽ xảy ra?

A. Nước tràn ra ngoài.

B. Nút cao su bị đẩy lên.

C. Nước trong bình sôi.

D. Cả A, B và C đều xảy ra.

Đáp án: D

Câu 9: Khi ta úp một chiếc cốc thủy tinh vào một chậu nước, ta thấy nước không chảy vào cốc. Giải thích tại sao?

A. Do áp suất khí quyển tác dụng lên miệng cốc.

B. Do áp suất khí quyển tác dụng lên đáy cốc.

C. Do áp suất nước trong chậu.

D. Do lực đẩy Archimedes.

Đáp án: A

Câu 10: Một piston có diện tích 50 cm2 được đặt trong một xi lanh. Lực tác dụng lên piston là 100 N. Áp suất do lực này gây ra lên piston là bao nhiêu?

A. 2000 Pa

B. 200 Pa

C. 20 Pa

D. 2 Pa

Đáp án: A

Câu 1: Tại sao khi ta rót nước ra khỏi cốc, ta lại nghe thấy tiếng nước chảy?

Giải thích:

Khi rót nước ra khỏi cốc, ta tạo ra một khoảng trống phía dưới dòng nước chảy. Áp suất khí quyển tác dụng lên mặt nước trong cốc sẽ đẩy nước xuống, tạo ra dòng chảy. Dòng nước chảy này va chạm vào thành cốc và không khí xung quanh, tạo ra tiếng nước chảy mà ta nghe thấy.

Câu 2: Tại sao khi ta nhấc một viên gạch nặng đặt trên mặt đất, ta lại cảm thấy nhẹ hơn so với khi ta nhấc viên gạch đó trong nước?

Giải thích:

Khi nhấc viên gạch trong nước, ta phải chịu thêm lực đẩy Ác-si-mét hướng lên. Lực đẩy Ác-si-mét này bằng trọng lượng của phần nước bị viên gạch chiếm chỗ. Do đó, ta sẽ cảm thấy viên gạch nhẹ hơn khi nhấc trong nước.

Câu 3: Tại sao khi ta bịt kín đầu trên một ống nghiệm chứa đầy nước, sau đó nhấc ống nghiệm ra khỏi chậu nước, mực nước trong ống nghiệm lại cao hơn mực nước trong chậu?

Giải thích:

Khi ta bịt kín đầu trên ống nghiệm, áp suất khí quyển không thể tác dụng lên mặt nước trong ống nghiệm. Do đó, chỉ có áp suất của cột nước trong ống nghiệm tác dụng lên mặt nước. Áp suất này nhỏ hơn áp suất khí quyển tác dụng lên mặt nước trong chậu. Do đó, mực nước trong ống nghiệm sẽ cao hơn mực nước trong chậu.

Câu 4: Tại sao khi ta ấn pittông xuống trong xi lanh, ta lại thấy khí thoát ra ngoài qua van?

Giải thích:

Khi ta ấn pittông xuống, ta đã làm giảm thể tích của khí trong xi lanh. Do đó, áp suất của khí trong xi lanh tăng lên. Áp suất này đẩy nắp van lên và khí thoát ra ngoài.

Câu 5: Tại sao khi ta nhấc pittông lên trong xi lanh, ta lại thấy pittông tự động di chuyển xuống?

Giải thích:

Khi ta nhấc pittông lên, ta đã làm tăng thể tích của khí trong xi lanh. Do đó, áp suất của khí trong xi lanh giảm xuống. Áp suất khí quyển bên ngoài lớn hơn áp suất khí trong xi lanh nên đẩy pittông xuống.

Câu 6: Tại sao người leo núi thường cảm thấy khó thở khi lên cao?

Giải thích:

Càng lên cao, áp suất khí quyển càng giảm. Do đó, lượng oxy trong một đơn vị thể tích khí cũng giảm. Điều này khiến cho người leo núi cảm thấy khó thở.

Câu 7: Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của máy hút bụi.

Giải thích:

Máy hút bụi sử dụng một động cơ để tạo ra một luồng khí có tốc độ cao. Luồng khí này di chuyển qua một cánh quạt, tạo ra một vùng áp suất thấp. Áp suất khí quyển bên ngoài lớn hơn áp suất trong vùng áp suất thấp này nên đẩy bụi bẩn vào trong máy hút bụi.

Câu 8: Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của ống nghiệm Tô-ri-xe-li.

Giải thích:

Ống nghiệm Tô-ri-xe-li là một dụng cụ dùng để đo áp suất khí quyển. Ống nghiệm được đổ đầy thủy ngân và được úp ngược vào một chậu thủy ngân. Áp suất khí quyển tác dụng lên mặt thoáng của thủy ngân trong chậu, đẩy thủy ngân lên cao trong ống nghiệm. Chiều cao của cột thủy ngân trong ống nghiệm chính là độ cao của áp suất khí quyển.

Câu 9: Hãy nêu một số ứng dụng của áp suất khí quyển trong đời sống.

Ứng dụng:

• Máy hút bụi
• Ống nghiệm Tô-ri-xe-li
• Chai nước có ga
• Phao cứu sinh
• Máy giặt
• Nồi cơm điện

Câu hỏi 10: Tại sao mực nước trong ống cao hơn mực nước bên ngoài?

Giải thích:

Khi ta bịt kín đầu trên ống, áp suất khí quyển không thể tác dụng lên mặt nước trong ống. Do vậy, chỉ có áp suất của cột nước trong ống tác dụng lên mặt nước. Áp suất này nhỏ hơn áp suất khí quyển cộng áp suất của cột nước bên ngoài. Do đó, mực nước trong ống cao hơn mực nước bên ngoài.