Sự nổi là gì? Độ lớn của lực đẩy ÁC-SI-MÉT xác định như thế nào, phụ thuộc vào các yếu tố nào? - Vật lý 8 bài 12

Tại sao lại như vậy, chúng ta sẽ đi tìm lời giải đáp trong bài viết này: Điều kiện để vật nổi, vật chìm? và cách xác định độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét khi vật nổi trên mặt thoáng của chất lỏng.

I. Điều kiện để vật nổi, vật chìm

Một vật nằm trong lòng chất lỏng thì nó chịu tác dụng của trọng lực P, lực đẩy Acsimét. Hay lực này cùng phương, ngược chiều.

- Vật chìm xuống khi lực đẩy Ác-si-mét F_A nhỏ hơn trọng lực P: F_A<P.

- Vật nổi lên khi lực đẩy Ác-si-mét F_A lớn hơn trọng lực P: F_A>P.

- Vật lơ lửng trong chất lỏng khi lực đẩy Ác-si-mét F_A bằng trọng lực P: F_A=P.

II. Các xác định độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét khi vật nổi trên mặt thoáng chất lỏng

- Khi vật nổi trên mặt chất lỏng thì lực đẩy Ác-si-mét được xác định theo công thức sau: F_A = d.V

Trong đó:

 V: Thể tích của phần chìm trong chất lỏng (không phải thể tích của vật)

 d: Trọng lượng riêng của chất lỏng

→ Như vậy ta thấy, Lực đẩy Ác-si-mét phụ thuộc vào các yếu tố: trọng lượng riêng của chất lỏng và thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ

* Lưu ý:  Khi nhúng chìm vật rắn vào trong một bình chất lỏng thì có ba trường hợp xảy ra: Vật chìm xuống; Vật nằm lơ lửng trong long chất lỏng; Vật nổi lên trên mặt chất lỏng.

- Trường hợp vật đang chìm xuống, nằm lơ lửng trong chất lỏng và đang nổi lên, là những trường hợp tương đối dễ để phân tích và các em thường mắc phải sai lầm.

- Trường hợp vật đã nằm yên ở đáy bình và nhất là trường hợp vật nằm yên trên mặt chất lỏng, là những trường hợp mà học sinh dễ nhầm lẫn.

- Trường hợp vật đã nằm yên ở đáy bình, các em thường chỉ hiểu trong trường hợp này P > F_A mà không chú ý là khi đã nằm yên ở đáy bình thì các lực tác dụng lên vật phải cân bằng nhau: P = F_A + F'_P

Trong đó: F' là lực của đáy bình tác dụng lên vật.

- Trường hợp vật nằm yên trên mặt chất lỏng, các em thường cho rằng trong trường hợp này F_A > P mà không thấy là khi vật đã nằm yên thì các lực tác dụng lên vật phải cân bằng nhau: F_A = P

- Đồng thời, các em cũng hay mắc lỗi khi tính độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét F_A trong khi áp dụng công thức F_A = d.V, các em thường cho V là thể tích của vật (ở công thức đã nói rõ V chỉ là thể tích của phần vật bị chìm trong chất lỏng).

>> Có thể em chưa biết: Tàu ngầm là loại tàu có thể chạy ngầm dưới mặt nước. Phần đáy tàu có nhiều ngăn, có thể dùng máy bơm để bơm nước vào hoặc đẩy nước ra. Nhờ đó, người ta có thể là thay đổi trọng lượng riêng của tàu để cho tàu lặn xuống, lơ lửng trong nước hoặc nổi lên trên mặt nước.

III. Bài tập vận dụng xác định độ lớn lực đẩy Acsimét

* Câu C6 trang 44 SGK Vật Lý 8: Biết P = d_v.V (trong đó d_v là trọng lượng riêng của chất làm vật. V là thể tích của vật) và F_A = d_l.V (trong đó d_l là trọng lượng riêng của chất lỏng), hãy chứng minh rằng nếu vật là một khối đặc nhúng ngập vào trong chất lỏng thì:

- Vật sẽ chìm xuống khi: d_v > d_l.

- Vật sẽ lơ lửng trong chất lỏng khi: d_v = d_l.

- Vật sẽ nổi lên mặt chất lỏng khi: d_v < d_l.

* Lời giải:

- Ta có trọng lượng của vật tính bằng công thức: P = d_v.V

- Lực đẩy Ác-si-mét tính bằng công thức: F_A = d_l.V (vì vật là khối đặc ngập trong chất lỏng nên khi đo thể tích chất lỏng chiếm chỗ bằng thể tích của vật luôn).

- Ta so sánh trọng lượng của vật và lực đẩy Ác-si-mét do chất lỏng tác dụng lên vật thì:

- Vật sẽ chìm xuống nếu P > F_A ⇔ d_v.V > d₁.V ⇔ d_v > d_l

- Vật sẽ lơ lửng trong chất lỏng nếu P = F_A ⇔ d_v.V = d_l.V ⇔ d_v = d_l

- Vật sẽ nổi lên mặt chất lỏng nếu P < F ⇔ d_v.V < d_l.V ⇔ d_v < d_l

* Câu C7 trang 44 SGK Vật Lý 8: Hãy giúp Bình trả lời An trong phần mở bài, biết rằng con tàu không phải là một khối thép đặc mà có nhiều khoảng rỗng.

" Đố nhau:

An - Tại sao khi thả vào nước thì hòn bi gỗ nổi, còn hòn bi sắt lại chìm ?

Bình - Vì hòn bi gỗ nhẹ hơn.

An - Thế tại sao con tàu bằng thép nặng hơn hòn bi thép lại nổi còn hòn bi thép thì chìm ?

Bình = ?! "

* Lời giải:

Do cấu trúc của hòn bi thép và chiếc tàu bằng thép khác nhau nên trọng lượng riêng hai vật này khác nhau. 

- Tàu bằng thép rất nặng nhưng lại rỗng bên trong (trong là không khí hay những vật liệu nhẹ khác) do dó nếu xét cả con tàu thì trọng lượng riêng của tàu nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước nên tàu nổi trên mặt nước.

- Viên bi thép thì có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của nước nên viên bi thép sẽ chìm trong nước.

* Câu C8 trang 44 SGK Vật Lý 8: Thả một hòn bi thép vào thủy ngân thì bi nổi hay chìm? Tại sao?

* Lời giải:

- Do trọng lượng riêng của thép (78000 N/m³) nhỏ hơn trọng lượng riêng của thủy ngân (136000 N/m³) nên khi thả hòn bi thép vào thủy ngân thì hòn bi sẽ nổi.

* Câu C9 trang 45 SGK Vật Lý 8: Hai vật M và N có cùng thể tích được nhúng ngập trong nước. Vật M chìm xuống đáy bình còn vật N lơ lửng trong chất lỏng. Gọi P_M, F_AM là trọng lượng và lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên vật M; P_N, F_AN là trọng lượng và lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên vật N. Hãy tìm dấu thích hợp cho các ô trống:

F_AM □ F_AN.   F_AM □ P_M.     F_AN □ P_N.     P_M □ P_N.

* Lời giải:

+ Hai vật M và N có cùng thể tích được nhúng ngập trong nước nên lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên hai vật là bằng nhau: F_AM = F_AN.

+ Vật M chìm xuống đáy bình nên F_AM < P_M. Vật N lơ lửng trong chất lỏng nên F_AN = P_N.

⇒ P_M > P_N.