Lực Đẩy Archimedes
Khái niệm, công thức $F_A = d \times V$, điều kiện vật nổi – chìm và bài tập áp dụng
Mọi vật đều chịu tác dụng của trọng lực kéo xuống. Khi đặt vật vào chất lỏng, chất lỏng tác dụng lên vật một lực đẩy ngược chiều với trọng lực. Lực đẩy này được gọi là lực đẩy Archimedes.
Khi vật ở trong nước, vật chịu tác dụng đồng thời của 2 lực ngược chiều nhau:
- Trọng lực $P$: phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống.
- Lực đẩy Archimedes $F_A$: phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên (ngược trọng lực).
Khi đặt vật vào chất lỏng, có 3 trường hợp có thể xảy ra tuỳ thuộc vào quan hệ giữa trọng lực $P$ và lực đẩy Archimedes $F_A$:
So sánh qua lực đẩy và trọng lực:
| Điều kiện | Kết quả |
|---|---|
| $F_A < P$ | Vật chìm xuống |
| $F_A > P$ | Vật nổi lên |
| $F_A = P$ | Vật lơ lửng |
So sánh qua trọng lượng riêng:
| Điều kiện | Kết quả |
|---|---|
| $d_{\text{vật}} > d_{\text{chất lỏng}}$ | Vật chìm |
| $d_{\text{vật}} < d_{\text{chất lỏng}}$ | Vật nổi |
| $d_{\text{vật}} = d_{\text{chất lỏng}}$ | Vật lơ lửng |
• Viên bi sắt, ốc vít kim loại có trọng lượng riêng lớn hơn nước → chìm.
• Nắp chai nhựa, miếng xốp, gỗ có trọng lượng riêng nhỏ hơn nước → nổi.
• Cá có thể nổi/chìm/lơ lửng nhờ thay đổi thể tích bong bóng khí trong cơ thể.
▸ Thí nghiệm xác định lực đẩy Archimedes:
Treo quả nặng vào lực kế, đo trọng lượng $P$ ngoài không khí. Sau đó nhúng dần vào bình tràn đựng đầy nước, đo lực kế $F$ và thu lượng nước tràn ra.
Kết quả thí nghiệm: Lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
• $d$ : trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m³); $d = 10 \times D$
• $V$ : thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m³)
• $d$ là trọng lượng riêng của chất lỏng (KHÔNG phải của vật).
• $V$ là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ:
◦ Vật chìm hoàn toàn → $V$ = thể tích vật.
◦ Vật nổi một phần → $V$ chỉ là thể tích phần chìm.
$F_A = d \times V = 10\,000 \times 0{,}001 = 10$ N.
▸ Lực đẩy Archimedes phụ thuộc vào những yếu tố nào?
① Trọng lượng riêng $d$ của chất lỏng.
② Thể tích $V$ phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
✗ Khối lượng của vật.
✗ Trọng lượng riêng của vật.
✗ Chất liệu của vật (sắt, nhôm, gỗ, nhựa…).
✗ Độ sâu nhúng (nếu vật đã chìm hoàn toàn).
▸ 4 hệ quả quan trọng cần nhớ:
Hai vật cùng thể tích nhúng chìm hoàn toàn trong cùng chất lỏng → chịu lực đẩy Archimedes như nhau, dù chất liệu khác nhau (sắt, nhôm, đồng, gỗ…).
Hai vật cùng thể tích nhúng trong hai chất lỏng khác nhau → chất lỏng nào có $d$ lớn hơn sẽ tạo $F_A$ lớn hơn.
Ví dụ: cùng thể tích, vật trong nước chịu $F_A$ lớn hơn vật trong dầu (vì $d_{\text{nước}} > d_{\text{dầu}}$).
Ví dụ: 1 kg nhôm và 1 kg chì cùng nhúng trong nước → khối nhôm có thể tích lớn hơn (vì $d_{\text{nhôm}} < d_{\text{chì}}$) → khối nhôm chịu $F_A$ lớn hơn.
Vì $d_{\text{nước biển}} > d_{\text{nước ngọt}}$ (nước biển có muối hoà tan), nên cùng phần chìm thì lực đẩy ở biển lớn hơn → dễ giữ thăng bằng và nổi hơn.
Cách đo lực đẩy Archimedes bằng lực kế:
- Bước 1: Treo vật vào lực kế ngoài không khí, đọc số chỉ → đó là trọng lượng $P$ của vật.
- Bước 2: Nhúng chìm vật vào chất lỏng, đọc số chỉ lực kế → được giá trị $F$ (nhỏ hơn $P$).
- Bước 3: Tính lực đẩy:
Tổng kết các công thức cần nhớ:
$F_A = d \times V$
$F_A = P - F$
$V = \dfrac{F_A}{d} = \dfrac{P - F}{d}$
$d_{\text{vật}} = \dfrac{P}{V}$
• $F_A = P - F = 12 - 7 = 5$ N.
• $V = \dfrac{F_A}{d} = \dfrac{5}{10\,000} = 0{,}0005$ m³ $= 500$ cm³.
Cùng luyện bài Lực đẩy Archimedes!
20 câu: 15 trắc nghiệm · 3 đúng/sai · 2 tự luận
Tuyệt vời!
Cô Trần Thị Thanh Thảo
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS
Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu