So sánh tỉ số, không chỉ nhìn lực
Từ $p=F/S$:
- Giữ $S$, tăng $F$ thì $p$ tăng.
- Giữ $F$, giảm $S$ thì $p$ tăng.
- Giữ $F$, tăng $S$ thì $p$ giảm.
Đầu cọc nhọn hoặc lưỡi dao sắc tạo diện tích bị ép nhỏ nên dễ xuyên, cắt hơn với lực phù hợp. Bản xích rộng hoặc tấm đỡ rộng phân lực trên diện tích lớn hơn, giúp giảm áp suất lên nền.
Khi cùng đổi $F$ và $S$, phải so tỉ số. Nếu cả lực và diện tích cùng tăng gấp đôi thì áp suất không đổi. Dụng cụ sắc nhọn chỉ là ví dụ giải thích, không phải yêu cầu tự thực hành cắt hoặc đóng cọc.
Cùng người, hai diện tích tiếp xúc
Dữ liệu minh họa: một người có trọng lượng $500\,\mathrm N$. Khi đứng, tổng diện tích hai bàn chân tiếp xúc là $0{,}025\,\mathrm{m^2}$; khi nằm, diện tích tiếp xúc là $0{,}25\,\mathrm{m^2}$. Lấy áp lực bằng trọng lượng trong hai tư thế.
$$p_{\text{đứng}}=\frac{500}{0{,}025}=20\,000\,\mathrm{Pa}.$$
$$p_{\text{nằm}}=\frac{500}{0{,}25}=2\,000\,\mathrm{Pa}.$$
Diện tích khi nằm lớn gấp 10 nên áp suất nhỏ bằng một phần mười. Nếu so trẻ nhỏ đứng với người lớn nằm, không chỉ dùng tuổi hoặc khối lượng; cần biết áp lực và diện tích của từng trường hợp.
Bài luyện
Với cùng lực ép, đầu cọc nhọn dễ xuyên đất hơn đầu tù chủ yếu vì sao?
Đúng: cùng F, S giảm thì p tăng.
Đề đã giữ cùng lực; không tự tăng F.
Đầu nhọn làm diện tích bị ép giảm.
Đổi đơn vị không phải nguyên nhân vật lí của tác dụng.
Lời giải
Với cùng áp lực, đầu cọc nhọn có diện tích bị ép nhỏ hơn. Theo $p=F/S$, áp suất lên đất tăng, nên thuận lợi hơn cho việc xuyên xuống trong điều kiện đang xét. Đáp án A.
Bài luyện
Giữ nguyên trọng lượng vật, đặt vật trên tấm đỡ đủ cứng và rộng để tăng diện tích truyền lực xuống nền mềm nhằm mục đích gì?
Đã giữ nguyên lực ép của vật trong so sánh.
Tấm đỡ không làm vật tự giảm trọng lượng.
Cùng lực trên diện tích lớn làm áp suất giảm.
Đúng: tăng S khi F giữ nguyên làm p nhỏ hơn.
Lời giải
Trong điều kiện đề giữ cùng trọng lượng và tấm đỡ phân lực trên diện tích lớn hơn, $S$ tăng còn $F$ giữ nguyên. Vì $p=F/S$, áp suất lên nền giảm. Đáp án D.
Bài luyện
Nếu F và S đều tăng gấp đôi thì p thay đổi thế nào?
Đã chỉ xét F mà quên S cũng tăng.
Đúng: 2F/(2S) = F/S.
Đã chỉ xét S mà quên F cũng tăng.
Phải chia F cho S, không nhân hai hệ số.
Lời giải
Áp suất mới $p'=2F/(2S)=F/S=p$. Hai yếu tố cùng tăng gấp đôi nên tỉ số không đổi. Đáp án B.
Bài luyện
Cùng áp lực, diện tích tiếp xúc khi nằm lớn gấp 8 khi đứng. Áp suất khi nằm so với khi đứng thế nào?
Giữ F, tăng S thì p giảm, không tăng.
Cùng người giữ F nhưng S đã thay đổi.
Đúng: áp suất tỉ lệ nghịch với S khi F giữ nguyên.
Không có phép bình phương hệ số diện tích đã cho.
Lời giải
Giữ cùng $F$, diện tích khi nằm là $8S$ nên áp suất $p_{\text{nằm}}=F/(8S)=p_{\text{đứng}}/8$. Đáp án C.