Áp suất thủy tĩnh là gì?
Áp suất thủy tĩnh là áp suất do một khối chất lỏng ở trạng thái tĩnh tạo ra tại một điểm, sinh ra từ trọng lượng của lớp chất lỏng nằm phía trên điểm đó. Đại lượng này chỉ phụ thuộc vào mật độ chất lỏng, gia tốc trọng trường tại nơi đo và độ sâu thẳng đứng — hoàn toàn không liên quan đến hình dạng hay thể tích của bình chứa. Công cụ này sử dụng công thức kinh điển \(P = \rho \cdot g \cdot h\), đồng thời tính cả áp suất tuyệt đối bằng cách cộng thêm áp suất khí quyển tác dụng lên bề mặt.
Cách sử dụng máy tính
Nhập mật độ chất lỏng (\(\rho\)) theo đơn vị kg/m³ — nước ngọt khoảng 1000, nước biển khoảng 1025, thủy ngân khoảng 13534. Thiết lập gia tốc trọng trường (\(g\)), mặc định là 9,80665 m/s² ứng với Trái Đất ở mực nước biển. Nhập độ sâu hoặc chiều cao (\(h\)) của cột chất lỏng theo mét, và áp suất khí quyển tại bề mặt (mặc định 101325 Pa = 1 atm). Công cụ sẽ trả về áp suất tương đối theo pascal, kilopascal, bar và atmosphere, cùng với áp suất tuyệt đối tổng cộng.
Giải thích công thức
Áp suất tương đối là \(P = \rho g h\), trong đó \(\rho\) là mật độ, \(g\) là gia tốc trọng trường và \(h\) là độ sâu. Đây là áp suất so với khí quyển xung quanh. Để có áp suất tổng mà một cảm biến thực sự cảm nhận được, ta cộng thêm áp suất khí quyển đang đè lên bề mặt chất lỏng:
$$P_{abs} = \text{P}_{atm} + \rho g h$$
Ví dụ minh họa
Với nước (\(\rho = 1000\) kg/m³) ở độ sâu 10 m và \(g = 9{,}80665\) m/s²: áp suất tương đối =
$$1000 \times 9{,}80665 \times 10 = 98{.}066{,}5 \ \text{Pa} \approx 98{,}07 \ \text{kPa} \approx 0{,}98 \ \text{bar}$$Cộng thêm áp suất khí quyển 101.325 Pa, ta được áp suất tuyệt đối khoảng 199.391,5 Pa, tương đương xấp xỉ 1,97 atm.
Câu hỏi thường gặp
Hình dạng bình chứa có ảnh hưởng không? Không. Áp suất thủy tĩnh chỉ phụ thuộc vào độ sâu thẳng đứng, mật độ và gia tốc trọng trường — đây chính là nghịch lý thủy tĩnh.
Vì sao áp suất gần như tăng gấp đôi ở độ sâu 10 m dưới nước? Cứ mỗi khoảng 10 m nước lại bổ sung thêm khoảng 1 atm áp suất tương đối, nên áp suất tuyệt đối ở độ sâu 10 m là khoảng 2 atm.
Công cụ dùng những đơn vị nào? Hệ đơn vị SI cơ bản: mật độ theo kg/m³, độ sâu theo mét, gia tốc trọng trường theo m/s², cho ra áp suất theo pascal (Pa), kèm theo các giá trị quy đổi sang kPa, bar và atm.
