Vì sao không lấy áp suất ở đáy nhân toàn bộ diện tích để tính lực nước lên cửa bể đứng?

Giải thích nguyên lý

Áp suất dư của nước tăng theo độ sâu. Một cửa đứng có mép trên ở mặt thoáng không chịu cùng một áp suất trên mọi phần diện tích. Có thể cộng lực từng dải nhỏ hoặc dùng áp suất trung bình khi phân bố tuyến tính trên một hình chữ nhật. Không được áp giá trị lớn nhất ở đáy cho cả cửa.

Ví dụ tính từng bước

Cửa chữ nhật rộng 0,20 m, cao 0,50 m, mép trên ở mặt nước; ρ = 1000 kg/m³, g = 10 m/s². Áp suất dư từ 0 ở trên tăng tới 5000 Pa ở dưới. Trung bình trên diện tích chữ nhật là 2500 Pa; diện tích 0,10 m² nên lực nước dư tổng cộng là 250 N. Lấy 5000 × 0,10 thành 500 N đã coi mọi dải đều ở đáy.

Điểm dễ hiểu sai

Đây là lực do chênh áp khi phía ngoài cửa có cùng khí quyển. Nếu còn áp suất khí khác phía trong hoặc bên ngoài thì phải cộng đúng phần chênh.

Tự kiểm tra

Kiểm bằng hai nửa cửa: nửa trên có áp suất trung bình 1250 Pa, nửa dưới 3750 Pa; mỗi nửa diện tích 0,050 m², tổng vẫn 250 N.

Điều kiện áp dụng

Nước tĩnh, cửa chữ nhật đứng, ρ và g không đổi, mặt ngoài không có cột nước khác. Tính độ lớn hợp lực không tự xác định điểm đặt chỉ bằng áp suất trung bình.

Đọc hình minh họa

Cửa đứng với mũi tên áp lực dài dần theo độ sâu, đồ thị p dư–h hình tam giác và tổng lực 250 N, không dùng p đáy cho toàn diện tích. Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Phân biệt áp lực với áp suất trên bề mặt Khối lượng riêng tính theo khối lượng và thể tích