PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

I – Lực đẩy tác dụng lên vật đặt trong chất lỏng

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 gọi là lực đẩy Archimedes.

Lực đẩy Archimedes là lực đẩy do chất lỏng tác dụng lên vật đặt trong nó. Lực này có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên, tác dụng lên mọi vật trong lòng chất lỏng.

Điều kiện vật nổi – vật chìm:

So sánh qua trọng lượng riêng:

Ví dụ thực tế: Viên bi sắt, ốc vít kim loại có trọng lượng riêng lớn hơn nước → chìm. Nắp chai nhựa, miếng xốp có trọng lượng riêng nhỏ hơn nước → nổi.

Câu hỏi củng cố:

Một vật ở trong nước chịu tác dụng của những lực nào?

A. Lực đẩy Archimedes.

B. Lực đẩy Archimedes và lực ma sát.

C. Trọng lực.

D. Trọng lực và lực đẩy Archimedes. ✓

Đáp án: D. Vật trong nước luôn chịu hai lực: trọng lực ($P$) hướng xuống và lực đẩy Archimedes ($F_A$) hướng lên.

Mô tả sự thay đổi lực đẩy khi nhấn quả bóng vào nước: Khi bắt đầu nhấn, chỉ một phần nhỏ quả bóng chìm trong nước → thể tích phần chìm nhỏ → $F_A$ nhỏ → dễ nhấn. Khi nhấn sâu hơn, phần chìm tăng → $F_A$ tăng → khó nhấn hơn. Khi quả bóng chìm hoàn toàn → $F_A$ đạt giá trị lớn nhất.

II – Độ lớn của lực đẩy Archimedes

1. Thí nghiệm

Treo quả nặng vào lực kế rồi nhúng dần vào bình tràn đựng đầy nước. Đo lượng nước tràn ra và so sánh trọng lượng nước tràn ra với lực đẩy Archimedes ($P – F_1$). Kết quả cho thấy: lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

2. Định luật Archimedes

Một vật đặt trong chất lỏng chịu tác dụng một lực đẩy hướng thẳng đứng từ dưới lên trên có độ lớn:

$$F_A = d \times V$$

Trong đó:

• $F_A$: lực đẩy Archimedes (N)
• $d$: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m³)
• $V$: thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m³)

Câu hỏi củng cố:

Trong công thức $F_A = d \times V$, các đại lượng $d$, $V$ là gì?

A. $d$ là trọng lượng riêng của vật, $V$ là thể tích của vật.

B. $d$ là trọng lượng riêng của chất lỏng, $V$ là thể tích của vật.

C. $d$ là trọng lượng riêng của chất lỏng, $V$ là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ. ✓

D. Một câu trả lời khác.

Đáp án: C. $d$ là trọng lượng riêng của chất lỏng (không phải của vật), $V$ là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (nếu vật chìm hoàn toàn thì $V$ = thể tích vật; nếu vật nổi một phần thì $V$ chỉ là phần chìm).

Câu hỏi củng cố:

Lực đẩy Archimedes phụ thuộc vào yếu tố nào?

A. Trọng lượng riêng của vật và thể tích phần chất lỏng bị chiếm chỗ.

B. Trọng lượng riêng của chất lỏng và thể tích của vật.

C. Trọng lượng của chất lỏng và thể tích phần chất lỏng bị chiếm chỗ.

D. Trọng lượng riêng của chất lỏng và thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ. ✓

Đáp án: D. Từ công thức $F_A = d \times V$, lực đẩy phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chất lỏng ($d$) và thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ ($V$). Không phụ thuộc vào trọng lượng riêng hay khối lượng của vật.

Hệ quả quan trọng:

• Hai vật có cùng thể tích nhúng chìm trong cùng chất lỏng → chịu lực đẩy Archimedes như nhau (dù chất liệu khác nhau).
• Hai vật có cùng thể tích nhúng chìm trong hai chất lỏng khác nhau → chất lỏng nào có trọng lượng riêng lớn hơn sẽ tạo lực đẩy lớn hơn.
• Hai vật có cùng khối lượng nhưng chất liệu khác nhau → vật nào có thể tích lớn hơn sẽ chịu lực đẩy lớn hơn.

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Tính lực đẩy Archimedes bằng công thức $F_A = d \times V$

Phương pháp:

Bước 1 – Xác định $d$ (trọng lượng riêng chất lỏng, đơn vị N/m³).

Bước 2 – Xác định $V$ (thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ, đơn vị m³).

Bước 3 – Áp dụng: $F_A = d \times V$

Ví dụ 1:

Một phao bơi có thể tích 25 dm³ và khối lượng 5 kg. Tính lực nâng tác dụng vào phao khi dìm phao chìm hoàn toàn trong nước. Biết trọng lượng riêng nước là 10 000 N/m³.

Hướng dẫn giải:

Đổi: 25 dm³ = 0,025 m³

Lực đẩy Archimedes:

$$F_A = d \times V = 10\,000 \times 0{,}025 = 250 \text{ (N)}$$

Trọng lượng phao:

$$P = 10 \times m = 10 \times 5 = 50 \text{ (N)}$$

Lực nâng = hiệu giữa lực đẩy và trọng lượng:

$$F = F_A – P = 250 – 50 = 200 \text{ (N)}$$

Ví dụ 2:

Một quả cầu đồng treo vào lực kế, ngoài không khí lực kế chỉ 4,45 N. Nhúng chìm quả cầu vào rượu thì lực kế chỉ bao nhiêu? Biết $d_{\text{rượu}} = 8000$ N/m³, $d_{\text{đồng}} = 89\,000$ N/m³.

Hướng dẫn giải:

Bước 1 – Tính thể tích quả cầu đồng:

$$V = \frac{P}{d_{\text{đồng}}} = \frac{4{,}45}{89\,000} = 5 \times 10^{-5} \text{ (m}^3\text{)}$$

Bước 2 – Tính lực đẩy Archimedes của rượu:

$$F_A = d_{\text{rượu}} \times V = 8000 \times 5 \times 10^{-5} = 0{,}4 \text{ (N)}$$

Bước 3 – Số chỉ lực kế khi nhúng trong rượu:

$$F = P – F_A = 4{,}45 – 0{,}4 = 4{,}05 \text{ (N)}$$

Dạng 2: Tính lực đẩy Archimedes bằng hiệu số chỉ lực kế

Phương pháp:

Khi treo vật vào lực kế:

• Ngoài không khí: lực kế chỉ $P$ (trọng lượng vật).
• Nhúng chìm trong chất lỏng: lực kế chỉ $F$ (nhỏ hơn $P$).

Lực đẩy Archimedes:

$$F_A = P – F$$

Ví dụ 1:

Quả cầu sắt treo vào lực kế, ngoài không khí lực kế chỉ 1,7 N. Nhúng chìm vào nước, lực kế chỉ 1,2 N. Tính lực đẩy Archimedes.

Hướng dẫn giải:

$$F_A = P – F = 1{,}7 – 1{,}2 = 0{,}5 \text{ (N)}$$

Ví dụ 2:

Một vật treo vào lực kế, ngoài không khí lực kế chỉ 2,13 N. Nhúng chìm vào nước, lực kế chỉ 1,83 N. Biết $d_{\text{nước}} = 10\,000$ N/m³. Tính thể tích vật.

Hướng dẫn giải:

Bước 1 – Tính lực đẩy:

$$F_A = P – F = 2{,}13 – 1{,}83 = 0{,}3 \text{ (N)}$$

Bước 2 – Tính thể tích:

$$F_A = d \times V \quad \Rightarrow \quad V = \frac{F_A}{d} = \frac{0{,}3}{10\,000} = 3 \times 10^{-5} \text{ (m}^3\text{)} = 30 \text{ (cm}^3\text{)}$$

Dạng 3: So sánh lực đẩy Archimedes

Phương pháp:

Dựa vào $F_A = d \times V$:

• Cùng chất lỏng, cùng thể tích → $F_A$ bằng nhau (dù vật liệu khác nhau).
• Cùng chất lỏng, khác thể tích → vật nào thể tích lớn hơn → $F_A$ lớn hơn.
• Cùng thể tích, khác chất lỏng → chất lỏng nào $d$ lớn hơn → $F_A$ lớn hơn.
• Cùng khối lượng, khác chất liệu → vật nào trọng lượng riêng nhỏ hơn → thể tích lớn hơn → $F_A$ lớn hơn.

Ví dụ 1:

Ba quả cầu cùng thể tích: nhôm, đồng, sắt. Nhúng chìm cả ba vào nước. So sánh lực đẩy Archimedes.

Hướng dẫn giải:

Cả ba quả cầu cùng thể tích ($V$ bằng nhau) và cùng nhúng trong nước ($d$ bằng nhau).

$$F_A = d \times V$$

→ $F_{A1} = F_{A2} = F_{A3}$. Lực đẩy tác dụng lên ba quả cầu như nhau.

Ví dụ 2:

1 kg nhôm ($d = 27\,000$ N/m³) và 1 kg chì ($d = 130\,000$ N/m³) thả vào bể nước. Lực đẩy tác dụng lên khối nào lớn hơn?

Hướng dẫn giải:

Cùng khối lượng 1 kg → cùng trọng lượng $P = 10$ N.

Thể tích nhôm:

$$V_{\text{nhôm}} = \frac{P}{d_{\text{nhôm}}} = \frac{10}{27\,000} \approx 3{,}7 \times 10^{-4} \text{ m}^3$$

Thể tích chì:

$$V_{\text{chì}} = \frac{P}{d_{\text{chì}}} = \frac{10}{130\,000} \approx 0{,}77 \times 10^{-4} \text{ m}^3$$

Vì $V_{\text{nhôm}} > V_{\text{chì}}$ và cùng nhúng trong nước → $F_{A(\text{nhôm})} > F_{A(\text{chì})}$.

Đáp án: Lực đẩy tác dụng lên khối nhôm lớn hơn.

Ví dụ 3:

Hai thỏi đồng cùng thể tích, một nhúng vào nước, một nhúng vào dầu. Thỏi nào chịu lực đẩy lớn hơn?

Hướng dẫn giải:

Cùng thể tích → $V$ bằng nhau. Trọng lượng riêng nước ($d_{\text{nước}} \approx 10\,000$ N/m³) > trọng lượng riêng dầu ($d_{\text{dầu}} \approx 8000$ N/m³).

$$F_{A(\text{nước})} = d_{\text{nước}} \times V > d_{\text{dầu}} \times V = F_{A(\text{dầu})}$$

Đáp án: Thỏi đồng nhúng trong nước chịu lực đẩy lớn hơn.

Dạng 4: Giải thích hiện tượng nổi – chìm

Phương pháp:

So sánh $F_A$ với $P$, hoặc so sánh $d_{\text{vật}}$ với $d_{\text{chất lỏng}}$ → kết luận vật nổi hay chìm.

Ví dụ 1:

Vì sao nắp chai nhựa nổi lên còn viên bi, ốc vít kim loại chìm xuống đáy cốc?

Trả lời: Nắp chai nhựa có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước → lực đẩy Archimedes lớn hơn trọng lượng nắp ($F_A > P$) → nắp nổi lên. Viên bi, ốc vít kim loại có trọng lượng riêng lớn hơn nước → trọng lượng lớn hơn lực đẩy ($P > F_A$) → chúng chìm xuống.

Ví dụ 2:

Viên đất nặn hình tròn chìm xuống đáy, nhưng nặn thành hình thuyền thì nổi. Giải thích.

Trả lời: Khi nặn thành hình tròn đặc, thể tích nhỏ → thể tích nước bị chiếm chỗ nhỏ → $F_A$ nhỏ → chìm. Khi nặn thành thuyền, bên trong rỗng chứa không khí → thể tích tổng (đất nặn + không khí) lớn hơn rất nhiều → thể tích nước bị chiếm chỗ tăng → $F_A$ tăng đủ lớn để thắng trọng lượng → nổi. Ngoài ra, trọng lượng riêng trung bình của “thuyền đất + không khí bên trong” nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước nên thuyền nổi.

Ví dụ 3:

Kéo xô nước từ giếng lên. Vì sao khi xô còn chìm trong nước thì ta thấy nhẹ hơn khi đã kéo lên khỏi mặt nước?

Trả lời: Khi xô chìm trong nước, ngoài trọng lực kéo xuống, xô còn chịu lực đẩy Archimedes hướng lên trên. Lực cần kéo = $P – F_A$ (nhỏ hơn $P$). Khi xô ra khỏi nước, không còn lực đẩy → lực cần kéo = $P$ (lớn hơn) → ta cảm thấy nặng hơn.

Dạng 5: Tính thể tích vật hoặc trọng lượng riêng vật từ lực đẩy

Phương pháp:

Từ $F_A = d \times V$ và $F_A = P – F$:

$$V = \frac{F_A}{d} = \frac{P – F}{d}$$

Trọng lượng riêng của vật:

$$d_{\text{vật}} = \frac{P}{V}$$

Ví dụ:

Treo vật vào lực kế, ngoài không khí chỉ 12 N, nhúng chìm trong nước chỉ 7 N. Biết $d_{\text{nước}} = 10\,000$ N/m³. Tính thể tích vật và trọng lượng riêng của vật.

Hướng dẫn giải:

Lực đẩy Archimedes:

$$F_A = 12 – 7 = 5 \text{ (N)}$$

Thể tích vật:

$$V = \frac{F_A}{d_{\text{nước}}} = \frac{5}{10\,000} = 5 \times 10^{-4} \text{ (m}^3\text{)}$$

Trọng lượng riêng vật:

$$d_{\text{vật}} = \frac{P}{V} = \frac{12}{5 \times 10^{-4}} = 24\,000 \text{ (N/m}^3\text{)}$$

PHẦN 3: SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. KHÁI NIỆM

• Lực đẩy do chất lỏng tác dụng lên vật trong lòng nó
• Phương: thẳng đứng
• Chiều: từ dưới lên trên (ngược trọng lực)

2. CÔNG THỨC (ĐỊNH LUẬT ARCHIMEDES)

• $F_A = d \times V$
• $d$: trọng lượng riêng chất lỏng (N/m³)
• $V$: thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m³)
• $F_A$ = trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ

3. YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

• Phụ thuộc: trọng lượng riêng chất lỏng ($d$) và thể tích phần chìm ($V$)
• Không phụ thuộc: chất liệu vật, khối lượng vật, độ sâu nhúng (nếu đã chìm hoàn toàn)

4. ĐIỀU KIỆN NỔI – CHÌM

• 4.1. So sánh lực
  • $F_A < P$ → vật chìm
  • $F_A > P$ → vật nổi
  • $F_A = P$ → vật lơ lửng
• 4.2. So sánh trọng lượng riêng
  • $d_{\text{vật}} > d_{\text{chất lỏng}}$ → chìm
  • $d_{\text{vật}} < d_{\text{chất lỏng}}$ → nổi
  • $d_{\text{vật}} = d_{\text{chất lỏng}}$ → lơ lửng

5. ĐO LỰC ĐẨY BẰNG LỰC KẾ

• Ngoài không khí: lực kế chỉ $P$
• Nhúng chìm: lực kế chỉ $F$ (nhỏ hơn $P$)
• $F_A = P – F$

6. ỨNG DỤNG

• Tàu thuyền nổi: thể tích phần chìm lớn → $F_A$ lớn
• Cá nổi/chìm: thay đổi thể tích bong bóng khí
• Người bơi ở biển dễ nổi hơn ở sông: $d_{\text{nước biển}} > d_{\text{nước ngọt}}$
• Hít vào → thể tích phổi tăng → “độ nổi” tăng

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