I. GIỚI THIỆU VỀ LỰC ĐẨY ACSIMET

1. Lực đẩy Acsimet là gì?

Định nghĩa: Lực đẩy Acsimet (hay lực đẩy Archimedes) là lực đẩy của chất lỏng hoặc chất khí tác dụng lên vật khi vật được nhúng vào trong chất lỏng hoặc chất khí đó.

Đặc điểm của lực đẩy Acsimet:

• Điểm đặt: Tại trọng tâm của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ
• Phương: Thẳng đứng (song song với phương của trọng lực)
• Chiều: Hướng lên trên (ngược chiều với trọng lực)
• Độ lớn: Bằng trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ

Ký hiệu:

• $F_A$ (chữ A viết tắt từ Archimedes)
• Đôi khi còn gọi là lực nổi

Đơn vị: Newton (N) – giống như mọi lực khác trong vật lý

Tên gọi khác:

• Lực đẩy Archimedes
• Lực nổi
• Lực đẩy thủy tĩnh (trong chất lỏng)
• Lực đẩy Ác-si-mét (cách phiên âm tiếng Việt)

2. Phát hiện của Acsimet

Nhà khoa học: Archimedes (Ác-si-mét, 287-212 TCN) là một nhà toán học, vật lý, kỹ sư và nhà phát minh vĩ đại của Hy Lạp cổ đại.

Câu chuyện huyền thoại:

Vua Hiero II của Syracuse nghi ngờ vương miện vàng của mình bị thợ kim hoàn pha lẫn bạc. Ông yêu cầu Archimedes tìm cách kiểm tra mà không được phá hủy vương miện.

Một hôm, khi ngâm mình trong bồn tắm, Archimedes nhận thấy:

• Mực nước dâng lên khi ông ngâm mình
• Cơ thể ông cảm thấy nhẹ hơn trong nước

Từ quan sát này, ông phát hiện ra nguyên lý về lực đẩy của chất lỏng!

Câu nói nổi tiếng: Archimedes vui mừng chạy ra ngoài và hét lên: “Eureka! Eureka!” (trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là “Tôi đã tìm ra! Tôi đã tìm ra!”)

Ứng dụng: Dùng nguyên lý này, Archimedes đã chứng minh được vương miện có pha bạc bằng cách so sánh thể tích nước tràn ra khi nhúng vương miện và khối vàng nguyên chất có cùng khối lượng.

3. Hiện tượng quan sát được

Chúng ta có thể dễ dàng quan sát các hiện tượng liên quan đến lực đẩy Acsimet trong cuộc sống:

Hiện tượng 1: Vật trong nước nhẹ hơn so với ngoài không khí

• Thử nhấc một hòn đá dưới nước → dễ nhấc
• Nhấc cùng hòn đá ngoài không khí → nặng hơn nhiều

Hiện tượng 2: Vật có thể nổi hoặc chìm trong nước

• Gỗ, bóng bàn → nổi
• Sắt, đá → chìm
• Cá, tàu ngầm → lơ lửng

Hiện tượng 3: Khí cầu có thể bay được nhờ lực đẩy của không khí

• Bóng bay bơm khí Heli → bay lên
• Khinh khí cầu → bay được

Hiện tượng 4: Tàu thuyền làm bằng sắt vẫn nổi được

• Mặc dù sắt nặng hơn nước
• Nhưng thân tàu rỗng → thể tích lớn → lực đẩy lớn

Giải thích: Tất cả các hiện tượng trên đều do lực đẩy Acsimet gây ra!

II. CÔNG THỨC LỰC ĐẨY ACSIMET

1. Định luật Acsimet

Phát biểu của định luật:

“Lực đẩy tác dụng lên một vật nhúng trong chất lỏng (hoặc chất khí) có độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng (hoặc chất khí) bị vật chiếm chỗ.”

Giải thích:

• Khi nhúng vật vào chất lỏng, vật “chiếm chỗ” một phần chất lỏng
• Phần chất lỏng đó có trọng lượng nhất định
• Lực đẩy Acsimet = Trọng lượng phần chất lỏng bị chiếm chỗ

2. Công thức tính lực đẩy Acsimet

📌 CÔNG THỨC CƠ BẢN (quan trọng nhất):

$$\boxed{F_A = d \cdot V}$$

Trong đó:

• $F_A$: Lực đẩy Acsimet (Newton – N)
• $d$: Trọng lượng riêng của chất lỏng hoặc chất khí (N/m³)
• $V$: Thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m³)

Lưu ý quan trọng:

• $V$ là thể tích phần vật nhúng trong chất lỏng, không phải thể tích toàn bộ vật
• Nếu vật nhúng hoàn toàn: $V$ = thể tích vật
• Nếu vật nổi: $V$ = thể tích phần chìm

Giá trị trọng lượng riêng thường gặp:

• Nước nguyên chất: $d = 10,000$ N/m³
• Nước biển: $d \approx 10,300$ N/m³
• Dầu: $d \approx 8,000$ N/m³
• Không khí: $d \approx 12.5$ N/m³

📌 CÔNG THỨC MỞ RỘNG (dùng khối lượng riêng):

$$\boxed{F_A = D \cdot V \cdot g}$$

Trong đó:

• $D$: Khối lượng riêng của chất lỏng/khí (kg/m³)
• $V$: Thể tích phần vật nhúng trong chất lỏng (m³)
• $g$: Gia tốc trọng trường ≈ 10 m/s²

Quan hệ giữa d và D: $$d = D \cdot g$$

Ví dụ:

• Nước: $D = 1000$ kg/m³ → $d = 1000 \times 10 = 10,000$ N/m³
• Dầu: $D = 800$ kg/m³ → $d = 800 \times 10 = 8,000$ N/m³

📌 CÔNG THỨC VỚI KHỐI LƯỢNG CHẤT LỎNG:

$$\boxed{F_A = P_{chất~lỏng} = m_{chất~lỏng} \cdot g}$$

Trong đó:

• $m_{chất~lỏng}$: Khối lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (kg)
• $P_{chất~lỏng}$: Trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (N)

Mối liên hệ: $$m_{chất~lỏng} = D \cdot V$$

Do đó: $$F_A = D \cdot V \cdot g$$

💡 TÓM TẮT: Ba dạng công thức tương đương:

1. $F_A = d \cdot V$ (dùng trọng lượng riêng)
2. $F_A = D \cdot V \cdot g$ (dùng khối lượng riêng)
3. $F_A = m_{chất~lỏng} \cdot g$ (dùng khối lượng chất lỏng)

Đây là ba công thức QUAN TRỌNG NHẤT cần nhớ!

3. Giải thích công thức

a) Lực đẩy Acsimet phụ thuộc vào những yếu tố nào?

✅ Phụ thuộc vào:

1. Thể tích phần vật nhúng trong chất lỏng (V)

• V càng lớn → $F_A$ càng lớn
• Nhúng sâu hơn → V tăng → $F_A$ tăng
• Nhúng hoàn toàn → V = thể tích vật → $F_A$ đạt cực đại

2. Trọng lượng riêng (hoặc khối lượng riêng) của chất lỏng (d hoặc D)

• d càng lớn → $F_A$ càng lớn
• Nước biển (d lớn) đẩy mạnh hơn nước ngọt (d nhỏ hơn)
• Thủy ngân (d rất lớn) đẩy rất mạnh

❌ KHÔNG phụ thuộc vào:

1. Khối lượng của vật

• Vật nặng hay nhẹ không ảnh hưởng đến $F_A$
• Chỉ cần cùng thể tích nhúng V → cùng $F_A$

2. Trọng lượng riêng của vật

• Vật làm bằng gỗ hay sắt không quan trọng
• Chỉ quan trọng là thể tích V

3. Độ sâu nhúng vật (chỉ cần V không đổi)

• Vật ở sâu 1m hay 10m không quan trọng
• Miễn là V (thể tích phần chìm) không đổi

4. Hình dạng của vật (chỉ cần V không đổi)

• Vật hình cầu hay hình hộp không quan trọng
• Chỉ cần cùng thể tích V → cùng $F_A$

b) Tại sao có lực đẩy Acsimet?

Nguyên nhân vật lý:

Khi vật nhúng trong chất lỏng:

• Áp suất ở đáy vật lớn hơn áp suất ở đỉnh vật (do áp suất tăng theo độ sâu)
• Lực hướng lên (từ áp suất đáy) lớn hơn lực hướng xuống (từ áp suất đỉnh)
• Hiệu hai lực này chính là lực đẩy Acsimet

Công thức chứng minh:

• Lực hướng lên: $F_{lên} = p_{đáy} \cdot S = d \cdot h_{đáy} \cdot S$
• Lực hướng xuống: $F_{xuống} = p_{đỉnh} \cdot S = d \cdot h_{đỉnh} \cdot S$
• Lực đẩy: $F_A = F_{lên} – F_{xuống} = d \cdot (h_{đáy} – h_{đỉnh}) \cdot S = d \cdot V$

4. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Tính lực đẩy Acsimet cơ bản

Đề bài: Một vật có thể tích $0.002$ m³ được nhúng hoàn toàn trong nước. Tính lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật. Biết trọng lượng riêng của nước là $10,000$ N/m³.

Lời giải:

Cho biết:

• Thể tích vật nhúng: $V = 0.002$ m³
• Trọng lượng riêng nước: $d = 10,000$ N/m³

Áp dụng công thức: $$F_A = d \cdot V = 10,000 \times 0.002 = 20 \text{ N}$$

Kết luận: Lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật là 20 N.

Ví dụ 2: Tính lực đẩy với đơn vị cm³

Đề bài: Một vật có thể tích $200$ cm³ được nhúng hoàn toàn trong nước. Tính lực đẩy Acsimet. Biết khối lượng riêng của nước là $1000$ kg/m³.

Lời giải:

Bước 1: Đổi đơn vị $$V = 200 \text{ cm}^3 = 200 \times 10^{-6} \text{ m}^3 = 0.0002 \text{ m}^3$$

Bước 2: Áp dụng công thức $$F_A = D \cdot V \cdot g = 1000 \times 0.0002 \times 10 = 2 \text{ N}$$

Kết luận: Lực đẩy Acsimet là 2 N.

Ví dụ 3: So sánh lực đẩy trong các chất lỏng khác nhau

Đề bài: Cùng một vật thể tích $V$ được nhúng hoàn toàn vào nước ($d_1 = 10,000$ N/m³) và dầu ($d_2 = 8,000$ N/m³). So sánh lực đẩy Acsimet trong hai trường hợp.

Lời giải:

Lực đẩy trong nước: $$F_{A1} = d_1 \cdot V = 10,000 \cdot V$$

Lực đẩy trong dầu: $$F_{A2} = d_2 \cdot V = 8,000 \cdot V$$

Tỉ số: $$\frac{F_{A1}}{F_{A2}} = \frac{10,000 \cdot V}{8,000 \cdot V} = \frac{10,000}{8,000} = 1.25$$

Kết luận: Lực đẩy trong nước lớn hơn lực đẩy trong dầu 1.25 lần (hay 25%).

Giải thích: Nước có trọng lượng riêng lớn hơn dầu nên lực đẩy cũng lớn hơn.

III. ĐIỀU KIỆN NỔI, CHÌM, LƠ LỬNG

1. Ba trạng thái của vật trong chất lỏng

Khi một vật được thả vào chất lỏng, có hai lực chính tác dụng:

• Trọng lực P (hướng xuống)
• Lực đẩy Acsimet $F_A$ (hướng lên)

Tùy thuộc vào độ lớn của hai lực này mà vật sẽ ở một trong ba trạng thái:

a) Vật chìm xuống đáy

Điều kiện (so sánh lực): $$\boxed{P > F_A}$$

Hoặc viết đầy đủ: $$m_{vật} \cdot g > d_{chất~lỏng} \cdot V_{vật}$$

Điều kiện (so sánh trọng lượng riêng): $$\boxed{d_{vật} > d_{chất~lỏng}}$$

Ví dụ:

• Hòn sắt chìm trong nước vì $d_{sắt} = 78,000$ N/m³ $>$ $d_{nước} = 10,000$ N/m³
• Hòn đá chìm trong nước vì $d_{đá} \approx 27,000$ N/m³ $>$ $d_{nước}$

Khi vật chìm:

• Trọng lực lớn hơn lực đẩy
• Hợp lực hướng xuống
• Vật chuyển động xuống đáy và nằm yên ở đó

b) Vật nổi lên mặt chất lỏng

Điều kiện ban đầu (khi nhúng hoàn toàn): $$P < F_A$$

Điều kiện so sánh trọng lượng riêng: $$\boxed{d_{vật} < d_{chất~lỏng}}$$

Khi vật nổi cân bằng tại mặt chất lỏng: $$\boxed{P = F_A}$$

Hay: $$m_{vật} \cdot g = d_{chất~lỏng} \cdot V_{chìm}$$

Ví dụ:

• Gỗ nổi trên nước vì $d_{gỗ} \approx 6,000$ N/m³ $<$ $d_{nước} = 10,000$ N/m³
• Nút chai nhựa nổi trên nước vì $d_{nhựa} < d_{nước}$
• Dầu nổi trên nước vì $d_{dầu} = 8,000$ N/m³ $<$ $d_{nước}$

Quá trình nổi:

1. Ban đầu vật nhúng hoàn toàn → $P < F_A$
2. Vật chuyển động lên trên
3. Khi vật nổi dần ra → $V_{chìm}$ giảm → $F_A$ giảm
4. Đến khi $P = F_A$ → vật nổi cân bằng

c) Vật lơ lửng trong chất lỏng

Điều kiện: $$\boxed{P = F_A}$$

Điều kiện so sánh trọng lượng riêng: $$\boxed{d_{vật} = d_{chất~lỏng}}$$

Ví dụ:

• Cá trong nước điều chỉnh bóng hơi để lơ lửng
• Tàu ngầm ở độ sâu cố định
• Giọt dầu trong hỗn hợp nước-rượu có cùng khối lượng riêng

Đặc điểm:

• Vật đứng yên tại bất kỳ vị trí nào trong chất lỏng
• Không chìm xuống cũng không nổi lên
• Trạng thái cân bằng không bền

2. Công thức cân bằng khi vật nổi

Khi vật nổi ở trạng thái cân bằng trên mặt chất lỏng, ta có:

Điều kiện cân bằng: $$\boxed{P = F_A}$$

Công thức chi tiết: $$\boxed{d_{vật} \cdot V_{vật} = d_{chất~lỏng} \cdot V_{chìm}}$$

Hoặc dùng khối lượng riêng: $$D_{vật} \cdot V_{vật} \cdot g = D_{chất~lỏng} \cdot V_{chìm} \cdot g$$

Rút gọn: $$D_{vật} \cdot V_{vật} = D_{chất~lỏng} \cdot V_{chìm}$$

Trong đó:

• $V_{vật}$: Thể tích toàn bộ vật
• $V_{chìm}$: Thể tích phần vật chìm trong chất lỏng

Tỉ lệ phần chìm:

Từ công thức trên, ta có: $$\boxed{\frac{V_{chìm}}{V_{vật}} = \frac{d_{vật}}{d_{chất~lỏng}} = \frac{D_{vật}}{D_{chất~lỏng}}}$$

Đây là công thức rất quan trọng để tính phần trăm thể tích chìm!

Ví dụ ứng dụng:

• Nếu $\frac{V_{chìm}}{V_{vật}} = 0.6$ → 60% thể tích chìm, 40% thể tích nổi
• Nếu $d_{vật} = 0.8 \times d_{nước}$ → vật chìm 80%, nổi 20%

3. Ví dụ về vật nổi

Bài toán tổng hợp về vật nổi:

Đề bài: Một khối gỗ có trọng lượng riêng $d_{gỗ} = 6,000$ N/m³ và thể tích $V = 0.01$ m³ được thả vào nước có trọng lượng riêng $d_{nước} = 10,000$ N/m³. Tính:

a) Phần trăm thể tích gỗ chìm trong nước b) Lực đẩy Acsimet tác dụng lên khối gỗ c) Thể tích phần gỗ chìm trong nước

Lời giải:

Câu a) Phần trăm thể tích chìm:

Áp dụng công thức tỉ lệ chìm: $$\frac{V_{chìm}}{V_{vật}} = \frac{d_{gỗ}}{d_{nước}} = \frac{6,000}{10,000} = 0.6 = 60%$$

Kết luận a: 60% thể tích gỗ chìm trong nước, 40% nổi trên mặt nước.

Câu b) Lực đẩy Acsimet:

Cách 1: Khi vật nổi cân bằng, lực đẩy bằng trọng lực $$F_A = P = d_{gỗ} \cdot V_{vật} = 6,000 \times 0.01 = 60 \text{ N}$$

Cách 2: Dùng công thức lực đẩy với thể tích phần chìm

• Trước tiên tính $V_{chìm} = 0.6 \times 0.01 = 0.006$ m³ $$F_A = d_{nước} \cdot V_{chìm} = 10,000 \times 0.006 = 60 \text{ N}$$

Kết luận b: Lực đẩy Acsimet là 60 N.

Câu c) Thể tích phần gỗ chìm:

$$V_{chìm} = 0.6 \times V_{vật} = 0.6 \times 0.01 = 0.006 \text{ m}^3 = 6 \text{ dm}^3 = 6 \text{ lít}$$

Kết luận c: Thể tích phần gỗ chìm là 0.006 m³ hay 6 lít.

IV. ỨNG DỤNG CỦA LỰC ĐẨY ACSIMET

1. Trong đời sống hàng ngày

a) Tàu thuyền

Nguyên lý hoạt động:

• Tàu được làm bằng sắt (nặng hơn nước) nhưng vẫn nổi được
• Thân tàu được thiết kế rỗng bên trong
• Thể tích toàn bộ tàu rất lớn → $F_A$ rất lớn
• Lực đẩy đủ lớn để cân bằng với trọng lượng tàu

Công thức: $$F_A = d_{nước} \cdot V_{thân~tàu~chìm}$$

Khi tàu nổi cân bằng: $$P_{tàu} = F_A$$

Ứng dụng:

• Thiết kế tàu hàng, tàu chở dầu, tàu du lịch
• Tính tải trọng an toàn của tàu
• Vạch mớn nước trên thân tàu

b) Khí cầu và khinh khí cầu

Nguyên lý:

• Bơm khí nhẹ vào bóng khí cầu (Hydro H₂, Heli He, hoặc không khí nóng)
• Khí nhẹ có trọng lượng riêng nhỏ hơn không khí
• Lực đẩy của không khí > trọng lực của khí cầu
• Khí cầu bay lên

Điều kiện bay: $$d_{khí~cầu~+~người~+~hàng} < d_{không~khí}$$

Điều khiển:

• Bay lên: bơm thêm khí nhẹ hoặc đốt nóng không khí
• Bay xuống: thả bớt khí hoặc để không khí nguội

Ứng dụng:

• Khinh khí cầu du lịch
• Khí cầu quan sát, chụp ảnh từ trên cao
• Bóng bay đồ chơi

c) Phao cứu sinh

Nguyên lý:

• Phao có thể tích lớn nhưng khối lượng nhỏ
• Trọng lượng riêng của phao rất nhỏ: $d_{phao} << d_{nước}$
• Lực đẩy lớn giúp người nổi trên mặt nước

Đặc điểm:

• Làm bằng vật liệu nhẹ (xốp, nhựa, cao su)
• Có hình dạng tăng thể tích
• An toàn, bền

Ứng dụng:

• Phao bơi, phao cứu sinh trên tàu thuyền
• Áo phao cho trẻ em
• Phao đánh dấu vị trí trên biển

d) Tàu ngầm

Nguyên lý hoạt động:

Tàu ngầm có két chứa nước đặc biệt để điều chỉnh trọng lượng:

Khi muốn nổi:

• Bơm nước ra khỏi két
• Trọng lượng tàu giảm: $P$ giảm
• $P < F_A$ → tàu nổi lên

Khi muốn chìm:

• Bơm nước vào két
• Trọng lượng tàu tăng: $P$ tăng
• $P > F_A$ → tàu chìm xuống

Khi muốn lơ lửng:

• Điều chỉnh lượng nước sao cho $P = F_A$
• Tàu đứng yên ở độ sâu mong muốn

Ứng dụng:

• Tàu ngầm quân sự
• Tàu ngầm nghiên cứu đại dương
• Tàu ngầm du lịch

2. Trong khoa học và kỹ thuật

a) Đo khối lượng riêng của vật

Phương pháp:

1. Cân vật trong không khí: được $P$
2. Cân vật trong nước: được $P’$
3. Lực đẩy: $F_A = P – P’$
4. Từ $F_A = d_{nước} \cdot V_{vật}$ → tính được $V_{vật}$
5. Từ $P = d_{vật} \cdot V_{vật}$ → tính được $d_{vật}$

Công thức: $$d_{vật} = \frac{P}{V_{vật}} = \frac{P \cdot d_{nước}}{P – P’}$$

b) Thiết kế tàu, cầu phao

Tính toán kỹ thuật:

• Tính lực đẩy Acsimet cần thiết
• Thiết kế kích thước, hình dạng phù hợp
• Đảm bảo an toàn, ổn định

Ví dụ: Cầu phao

• Phao nhựa có $V = 0.5$ m³, $d = 2,000$ N/m³
• Lực đẩy: $F_A = 10,000 \times 0.5 = 5,000$ N
• Có thể chịu tải: $F_A – P_{phao} = 5,000 – 1,000 = 4,000$ N ≈ 400 kg

c) Máy đo tỉ trọng (tỷ trọng kế)

Nguyên lý:

• Dựa vào độ chìm của vật trong chất lỏng
• Chất lỏng có $d$ lớn → chìm ít
• Chất lỏng có $d$ nhỏ → chìm nhiều
• Đọc trực tiếp tỉ trọng trên thang chia độ

Ứng dụng:

• Đo nồng độ dung dịch (muối, đường, acid)
• Kiểm tra chất lượng xăng dầu
• Đo độ chín của rượu, bia

V. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP

A. Công thức lực đẩy Acsimet

Lưu ý: $V$ là thể tích phần vật nhúng trong chất lỏng.

B. Điều kiện nổi, chìm, lơ lửng

C. Công thức vật nổi cân bằng

D. Bảng trọng lượng riêng thường gặp

VI. MẸO VÀ LƯU Ý

1. Mẹo nhớ công thức

Công thức cốt lõi – NHỚ TUYỆT ĐỐI:

$$\boxed{F_A = d \cdot V}$$

“Lực đẩy Acsimet bằng trọng lượng riêng nhân thể tích”

Cách nhớ:

• Force Archimedes = density × Volume
• Lực A = d nhân V

Nhớ đơn vị:

• $F_A$ đo bằng Newton (N)
• $d$ đo bằng N/m³
• $V$ đo bằng m³

Giá trị chuẩn cần thuộc:

• Nước: $d = 10,000$ N/m³ hoặc $D = 1,000$ kg/m³
• $g = 10$ m/s²

Điều kiện nổi/chìm – Nhớ đơn giản:

“Vật nhẹ hơn nước thì nổi, nặng hơn nước thì chìm”

• $d_{vật} < d_{nước}$ → Nổi
• $d_{vật} > d_{nước}$ → Chìm
• $d_{vật} = d_{nước}$ → Lơ lửng

2. Các sai lầm thường gặp

❌ SAI LẦM 1: Nhầm $V$ là thể tích vật thay vì thể tích phần chìm

Sai: Vật có $V = 100$ cm³, chỉ chìm một nửa, vẫn tính $F_A = d \times 100$ cm³

Đúng: Chỉ chìm một nửa → $V_{chìm} = 50$ cm³ → $F_A = d \times 50$ cm³

Quy tắc: $V$ trong công thức là thể tích phần nhúng trong chất lỏng, không phải thể tích toàn bộ vật!

❌ SAI LẦM 2: Quên đổi đơn vị cm³ → m³, lít → m³

Sai: $V = 500$ cm³, tính luôn $F_A = 10,000 \times 500$

Đúng:

• Đổi: $V = 500$ cm³ $= 500 \times 10^{-6}$ m³ $= 0.0005$ m³
• Tính: $F_A = 10,000 \times 0.0005 = 5$ N

Bảng đổi nhanh:

• $1$ m³ $= 1,000,000$ cm³ $= 1,000$ lít
• $1$ lít $= 1$ dm³ $= 1,000$ cm³
• $1$ cm³ $= 10^{-6}$ m³

❌ SAI LẦM 3: Nghĩ lực đẩy phụ thuộc vào khối lượng vật

Sai: “Vật nặng hơn thì lực đẩy lớn hơn”

Đúng: Lực đẩy CHỈ phụ thuộc $V$ và $d_{chất~lỏng}$, KHÔNG phụ thuộc khối lượng vật!

Ví dụ:

• Quả bóng nhựa rỗng (nhẹ) và quả cầu sắt (nặng) cùng kích thước
• Cùng nhúng trong nước → cùng $F_A$

❌ SAI LẦM 4: Nghĩ lực đẩy phụ thuộc vào độ sâu

Sai: “Nhúng vật sâu hơn thì lực đẩy lớn hơn”

Đúng: Miễn là $V_{chìm}$ không đổi thì $F_A$ không đổi!

Giải thích:

• Vật ở sâu 1m hay 10m không quan trọng
• Chỉ cần thể tích phần chìm giống nhau → lực đẩy như nhau

❌ SAI LẦM 5: Nhầm công thức $F_A = m_{vật} \cdot g$

Sai: $F_A = m_{vật} \cdot g$ ❌

Đúng: $F_A = m_{chất~lỏng} \cdot g$ ✓

Trong đó $m_{chất~lỏng}$ là khối lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ, không phải khối lượng vật!

3. Đổi đơn vị thể tích

Bảng đổi đơn vị:

Thể tích:

• $1$ m³ $= 1,000$ dm³ $= 1,000,000$ cm³ $= 1,000$ lít
• $1$ dm³ $= 1$ lít $= 1,000$ cm³ $= 0.001$ m³
• $1$ cm³ $= 1$ ml $= 10^{-6}$ m³ $= 0.001$ lít
• $1$ lít $= 1$ dm³ $= 0.001$ m³

Ví dụ đổi nhanh:

• $500$ cm³ $= 0.5$ lít $= 0.0005$ m³
• $2.5$ lít $= 2.5$ dm³ $= 2,500$ cm³ $= 0.0025$ m³
• $0.01$ m³ $= 10$ lít $= 10$ dm³ $= 10,000$ cm³

VII. BÀI TẬP MẪU

Dạng 1: Tính lực đẩy Acsimet cơ bản

Đề bài: Một vật có thể tích $500$ cm³ được nhúng hoàn toàn trong nước. Tính lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật. Biết trọng lượng riêng của nước là $10,000$ N/m³.

Lời giải:

Bước 1: Đổi đơn vị thể tích $$V = 500 \text{ cm}^3 = 500 \times 10^{-6} \text{ m}^3 = 0.0005 \text{ m}^3$$

Bước 2: Áp dụng công thức lực đẩy Acsimet $$F_A = d \cdot V = 10,000 \times 0.0005 = 5 \text{ N}$$

Kết luận: Lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật là 5 N.

Dạng 2: Vật nổi – Tính phần chìm

Đề bài: Một khối gỗ có trọng lượng riêng $d = 8,000$ N/m³ và thể tích $V = 0.1$ m³ được thả vào nước có trọng lượng riêng $d_{nước} = 10,000$ N/m³. Tính: a) Thể tích phần gỗ chìm trong nước b) Lực đẩy Acsimet tác dụng lên khối gỗ

Lời giải:

Câu a) Tính thể tích phần chìm:

Áp dụng công thức tỉ lệ chìm: $$\frac{V_{chìm}}{V_{vật}} = \frac{d_{gỗ}}{d_{nước}} = \frac{8,000}{10,000} = 0.8$$

Suy ra: $$V_{chìm} = 0.8 \times V_{vật} = 0.8 \times 0.1 = 0.08 \text{ m}^3$$

Kết luận a: Thể tích phần gỗ chìm là 0.08 m³ (hay 80 lít), chiếm 80% thể tích khối gỗ.

Câu b) Tính lực đẩy Acsimet:

Khi vật nổi cân bằng, lực đẩy bằng trọng lực: $$F_A = P = d_{gỗ} \cdot V_{vật} = 8,000 \times 0.1 = 800 \text{ N}$$

Hoặc tính bằng cách khác: $$F_A = d_{nước} \cdot V_{chìm} = 10,000 \times 0.08 = 800 \text{ N}$$

Kết luận b: Lực đẩy Acsimet là 800 N.

Dạng 3: So sánh lực đẩy trong các chất lỏng

Đề bài: Cùng một vật được nhúng hoàn toàn vào nước và dầu. So sánh lực đẩy Acsimet trong hai trường hợp. Biết:

• Trọng lượng riêng nước: $d_{nước} = 10,000$ N/m³
• Trọng lượng riêng dầu: $d_{dầu} = 8,000$ N/m³

Lời giải:

Vì cùng một vật nhúng hoàn toàn nên thể tích $V$ như nhau.

Lực đẩy trong nước: $$F_{A(nước)} = d_{nước} \cdot V = 10,000 \cdot V$$

Lực đẩy trong dầu: $$F_{A(dầu)} = d_{dầu} \cdot V = 8,000 \cdot V$$

Tỉ số: $$\frac{F_{A(nước)}}{F_{A(dầu)}} = \frac{10,000 \cdot V}{8,000 \cdot V} = \frac{10,000}{8,000} = 1.25$$

Kết luận: Lực đẩy trong nước lớn hơn lực đẩy trong dầu 1.25 lần (hay 25%).

Dạng 4: Vật nổi cân bằng

Đề bài: Một khối gỗ có khối lượng 2 kg và trọng lượng riêng $d = 5,000$ N/m³ đang nổi cân bằng trên mặt nước. Tính lực đẩy Acsimet tác dụng lên khối gỗ.

Lời giải:

Khi vật nổi cân bằng, lực đẩy Acsimet bằng trọng lực của vật: $$F_A = P = mg = 2 \times 10 = 20 \text{ N}$$

Kết luận: Lực đẩy Acsimet là 20 N.

Giải thích: Không cần biết thể tích hay trọng lượng riêng, chỉ cần biết khi nổi cân bằng thì $F_A = P$.

Dạng 5: Tính khối lượng riêng

Đề bài: Một vật có thể tích $0.001$ m³ được nhúng hoàn toàn trong nước. Lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật là 8 N. Tính khối lượng riêng của nước.

Lời giải:

Từ công thức $F_A = D \cdot V \cdot g$, suy ra: $$D = \frac{F_A}{V \cdot g} = \frac{8}{0.001 \times 10} = \frac{8}{0.01} = 800 \text{ kg/m}^3$$

Kết luận: Khối lượng riêng của chất lỏng là 800 kg/m³.

Lưu ý: Đây không phải là nước nguyên chất (vì $D_{nước} = 1,000$ kg/m³), có thể là dầu hoặc dung dịch loãng.

Dạng 6: Bài toán tổng hợp

Đề bài: Một vật có khối lượng 3 kg và thể tích $400$ cm³ được nhúng hoàn toàn trong nước có trọng lượng riêng $10,000$ N/m³.

a) Tính lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật b) Tính trọng lực của vật c) Vật sẽ nổi hay chìm? Tại sao?

Lời giải:

Câu a) Tính lực đẩy Acsimet:

Đổi đơn vị: $V = 400$ cm³ $= 0.0004$ m³

$$F_A = d \cdot V = 10,000 \times 0.0004 = 4 \text{ N}$$

Kết luận a: Lực đẩy Acsimet là 4 N.

Câu b) Tính trọng lực:

$$P = mg = 3 \times 10 = 30 \text{ N}$$

Kết luận b: Trọng lực của vật là 30 N.

Câu c) Xét trạng thái nổi/chìm:

So sánh:

• Trọng lực: $P = 30$ N
• Lực đẩy: $F_A = 4$ N
• $P = 30$ N $>$ $F_A = 4$ N

Kết luận c: Vật sẽ chìm xuống đáy vì trọng lực lớn hơn lực đẩy Acsimet rất nhiều (gấp 7.5 lần).

Giải thích: Vật có khối lượng riêng rất lớn so với thể tích nhỏ, nên trọng lượng riêng vật lớn hơn nhiều so với nước.

VIII. KẾT LUẬN

Bài viết đã trình bày đầy đủ và chi tiết về lực đẩy Acsimet, một trong những kiến thức quan trọng nhất của Vật lý lớp 8:

Khái niệm: Lực đẩy của chất lỏng/khí tác dụng lên vật nhúng trong nó

Công thức cơ bản: $$F_A = d \cdot V$$

Công thức mở rộng: $$F_A = D \cdot V \cdot g = m_{chất~lỏng} \cdot g$$

Điều kiện nổi/chìm:

• Chìm: $P > F_A$ hay $d_{vật} > d_{chất~lỏng}$
• Nổi: $P < F_A$ hay $d_{vật} < d_{chất~lỏng}$
• Lơ lửng: $P = F_A$ hay $d_{vật} = d_{chất~lỏng}$

Vật nổi cân bằng: $$P = F_A$$ $$\frac{V_{chìm}}{V_{vật}} = \frac{d_{vật}}{d_{chất~lỏng}}$$

Ứng dụng: Tàu thuyền, khí cầu, phao cứu sinh, tàu ngầm

Lời khuyên học tập

📌 Nhớ công thức chính: $F_A = d \cdot V$ – đây là công thức CỐT LÕI

📌 Phân biệt rõ: $V$ là thể tích phần chìm, không phải thể tích toàn bộ vật

📌 Lực đẩy phụ thuộc: CHỈ $V$ và $d_{chất~lỏng}$, KHÔNG phụ thuộc khối lượng vật hay độ sâu

📌 So sánh nổi/chìm: So sánh $d_{vật}$ với $d_{chất~lỏng}$ hoặc so sánh $P$ với $F_A$

📌 Chú ý đổi đơn vị: cm³ → m³, lít → m³ trước khi tính

📌 Vật nổi cân bằng: Luôn có $P = F_A$

📌 Luyện tập nhiều: Làm nhiều bài tập từ cơ bản đến nâng cao

📌 Liên hệ thực tế: Quan sát tàu thuyền, bóng bay để hiểu sâu hơn

Cô Trần Thị Bình

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định