Một lượng khí lí tưởng được chứa trong một xi lanh hình trụ có pít-tông đóng kín như hình bên. Biết diện tích đáy của pít-tông là 24\,\mathrm{cm^2}, áp suất khí trong xi lanh bằng áp suất bên ngoài 105\,\mathrm{Pa}, thể tích khí trong xi lanh là 240\,\mathrm{cm^3}. Cần một lực bằng bao nhiêu niutơn để dịch chuyển chậm pít-tông sang trái 2\,\mathrm{cm}, rồi giữ pít-tông cố định ở vị trí đó? Bỏ qua mọi ma sát, coi quá trình trên đẳng nhiệt.

😎 Cùng DOL xem qua cách giải câu này nhé!

🔎 Hướng dẫn cách làm:

• Tính thể tích cuối cùng sau khi dịch chuyển: thể tích giảm bằng A\Delta x, nên

  V_f=V_i-A\Delta x.

  Thay số:

  V_f=2{,}4\times10^{-4}-2{,}4\times10^{-3}\times0{,}02 =2{,}4\times10^{-4}-4{,}8\times10^{-5}=1{,}92\times10^{-4}\ \mathrm{m^3}.

• Vì quá trình đẳng nhiệt: p_iV_i=p_fV_f, nên

  p_f=p_i\frac{V_i}{V_f}=10^5\cdot\frac{2{,}4\times10^{-4}}{1{,}92\times10^{-4}}=10^5\cdot1{,}25=1{,}25\times10^5\ \mathrm{Pa}.

• Khi giữ pít-tông cố định ở vị trí mới, để cân bằng lực theo hướng ngang: lực do tay (hoặc nguồn ngoài) phải bù phần chênh lệch áp suất giữa trong và ngoài. Theo cân bằng:

  F=(p_f-p_{\text{ngoài}})\,A.

  Vì p_{\text{ngoài}}=p_i=10^5\ \mathrm{Pa}, nên

  F=(1{,}25\times10^5-10^5)\times2{,}4\times10^{-3}=0{,}25\times10^5\times2{,}4\times10^{-3}.

  Tính ra:

  F=25000\times0{,}0024=60\ \mathrm{N}.

✅ Đáp án: D. 60 N.