Công cụ này làm gì?
Máy tính áp suất nước theo độ sâu giúp ước tính áp suất mà chất lỏng tác dụng tại một điểm nằm dưới mặt thoáng. Công cụ áp dụng phương trình áp suất thủy tĩnh, kết hợp áp suất khí quyển đè xuống từ phía trên với trọng lượng của cột chất lỏng nằm trên điểm cần tính. Đây là kiến thức vật lý áp dụng được ở khắp mọi nơi — hữu ích cho thợ lặn, kỹ sư, người thiết kế bể cá, học sinh, sinh viên và bất kỳ ai làm việc với các công trình ngập nước.
Cách sử dụng
Nhập độ sâu tính từ mặt thoáng theo mét, khối lượng riêng của chất lỏng (1000 kg/m³ với nước ngọt, khoảng 1025 kg/m³ với nước biển), gia tốc trọng trường tại nơi đó (9,81 m/s² trên Trái Đất) và áp suất khí quyển tại bề mặt (101.325 Pa ở mực nước biển). Công cụ sẽ trả về áp suất tuyệt đối theo pascal, kèm theo các giá trị quy đổi tiện lợi sang kilopascal và atmosphere, cùng áp suất dư (phần áp suất chỉ do riêng cột nước tạo ra).
Giải thích công thức
Mối liên hệ cơ bản là $$P = \text{P}_{atm} + \rho \cdot g \cdot h$$ trong đó \(P\) là áp suất tuyệt đối, \(\text{P}_{atm}\) là áp suất khí quyển tại bề mặt, \(\rho\) là khối lượng riêng của chất lỏng, \(g\) là gia tốc trọng trường và \(h\) là độ sâu. Số hạng \(\rho g h\) chính là áp suất thủy tĩnh hay áp suất dư — nó tăng tuyến tính theo độ sâu. Áp suất tăng khoảng 9.810 Pa (xấp xỉ 0,097 atm) cho mỗi mét nước ngọt, nên độ sâu nhanh chóng trở thành yếu tố chi phối.
Ví dụ minh họa
Một thợ lặn ở độ sâu 10 m trong nước ngọt. Với \(\rho = 1000\) kg/m³, \(g = 9{,}81\) m/s² và \(h = 10\) m, áp suất dư là $$1000 \times 9{,}81 \times 10 = 98{.}100 \text{ Pa}$$ Cộng thêm áp suất khí quyển 101.325 Pa, ta được áp suất tuyệt đối là 199.425 Pa, tương đương khoảng 199,4 kPa hay xấp xỉ 1,97 atmosphere.
Câu hỏi thường gặp
Áp suất dư và áp suất tuyệt đối khác nhau như thế nào? Áp suất dư bỏ qua khí quyển và chỉ đo phần do cột nước tạo ra (\(\rho g h\)). Áp suất tuyệt đối cộng thêm áp suất khí quyển lên trên phần đó.
Hình dạng hay diện tích bề mặt có ảnh hưởng không? Không. Áp suất thủy tĩnh chỉ phụ thuộc vào độ sâu, khối lượng riêng của chất lỏng và gia tốc trọng trường — không phụ thuộc vào hình dạng hay bề rộng của bình chứa.
Có dùng được cho nước biển không? Có — bạn chỉ cần đặt khối lượng riêng khoảng 1025 kg/m³ cho nước biển thông thường, giá trị này cho áp suất cao hơn một chút so với nước ngọt.
