Định Luật Torricelli Là Gì?
Định luật Torricelli mô tả tốc độ chất lỏng phun ra qua một lỗ trên thành bình chứa. Được nhà bác học Evangelista Torricelli phát hiện vào năm 1643, định luật phát biểu rằng vận tốc dòng chảy ra của một chất lỏng lý tưởng (không ma sát, không nén được) khi thoát ra khỏi lỗ bằng đúng tốc độ mà một vật rơi tự do đạt được khi rơi từ độ cao của mặt thoáng chất lỏng xuống tới lỗ. Vì vậy, đây được xem là một trường hợp riêng của phương trình Bernoulli.
Công Thức
Vận tốc dòng chảy ra được tính theo công thức:
$$v = \sqrt{2gh}$$trong đó v là vận tốc thoát ra (m/s), g là gia tốc trọng trường (khoảng 9,81 m/s² trên Trái Đất), và h là khoảng cách thẳng đứng từ mặt thoáng của chất lỏng xuống tới tâm của lỗ (m). Lưu ý rằng vận tốc không phụ thuộc vào khối lượng riêng của chất lỏng — mà chỉ phụ thuộc vào chiều cao cột chất lỏng phía trên lỗ.
Cách Dùng Máy Tính
Hãy nhập chiều cao cột chất lỏng phía trên lỗ (tính bằng mét) và gia tốc trọng trường (mặc định là 9,81 m/s² của Trái Đất). Máy tính sẽ trả về vận tốc dòng chảy ra tính bằng mét trên giây. Nếu muốn mô phỏng cho một hành tinh khác, bạn chỉ cần thay đổi giá trị gia tốc trọng trường — ví dụ nhập 1,62 cho Mặt Trăng hoặc 3,71 cho Sao Hỏa.
Ví Dụ Minh Họa
Giả sử một bể nước có mặt thoáng cao hơn lỗ thoát nhỏ 2 mét, với g = 9,81 m/s². Khi đó $$v = \sqrt{2 \times 9{,}81 \times 2} = \sqrt{39{,}24} \approx 6{,}26 \text{ m/s}.$$ Nước sẽ phun ra với tốc độ khoảng 6,3 mét trên giây, bất kể đó là nước, dầu hay bất kỳ chất lỏng lý tưởng nào khác.
Câu Hỏi Thường Gặp
Kích thước lỗ có ảnh hưởng không? Tốc độ thoát ra theo dự đoán của định luật Torricelli không phụ thuộc vào kích thước lỗ, nhưng lưu lượng thể tích (tốc độ × diện tích) thì có.
Dự đoán này có chính xác trong thực tế không? Không hoàn toàn. Chất lỏng thực có độ nhớt và dòng phun bị co lại (hiện tượng vena contracta), nên vận tốc thực tế thấp hơn một chút. Người ta dùng hệ số xả (thường từ 0,6 đến 0,98) để hiệu chỉnh điều này.
Vì sao công thức không có khối lượng riêng? Cả thế năng trọng trường lẫn động năng đều tỉ lệ với khối lượng, nên khối lượng riêng bị triệt tiêu, khiến vận tốc chỉ còn phụ thuộc vào g và h.
