Thể tích trong công thức tính lực đẩy Ác-si-mét là
Thể tích trong công thức tính lực đẩy Ác-si-mét là
Lực đẩy Archimedes (hay lực đẩy Ác-si-mét) là lực tác động bởi một chất lưu (chất lỏng hay chất khí) lên một vật thể nhúng trong nó, khi cả hệ thống nằm trong một trường lực của Vật lý học (trọng trường hay lực quán tính). Lực vật lý học này có cùng độ lớn và ngược hướng của tổng lực mà trường lực tác dụng lên phần chất lưu có thể tích bằng thể tích vật thể chiếm chỗ trong chất này. Lực này được đặt tên theo Archimedes, nhà bác học người Hy Lạp đã khám phá ra nó[1]. Lực đẩy Archimedes giúp thuyền và khí cầu nổi lên, là cơ chế hoạt động của sự chìm nổi của tàu ngầm hay cá, và đóng vai trò trong sự đối lưu của chất lưu. 
Hộp này:
Phân tích tác dụng lực đẩy Archimedes
Nếu thả một vật ở trong lòng chất lỏng thì:
FA < P
FA = P Vậy nói một cách dễ hiểu, vật sẽ nổi khi "trọng lượng riêng tổng hợp" của nó nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước. Điều này có thể lý giải việc tàu to và nặng gấp nhiều lần so với kim lại có thể nổi. Kim tuy nhẹ nhưng thể tích chiếm nước nhỏ nên trọng lượng riêng sẽ lớn còn tàu tuy nặng nhưng thể tích chiếm nước rất lớn do đó "trọng lượng riêng tổng hợp" sẽ nhỏ. Kết cấu thân vỏ tàu là kết cấu vỏ có khung gia thường làm bằng thép. Về một khía cạnh nào đó bên trong lớp tôn vỏ tàu hoàn toàn "rỗng" dẫn đến thể tích chiếm nước lớn. Trọng lượng tàu luôn thay đổi nên "trọng lượng riêng tổng hợp" cũng luôn thay đổi theo. Khi ta chất hàng vào tàu, tàu sẽ chìm dần ứng với công thức bên trên. Nếu ta chất quá nhiều hàng, tàu chìm đến mức mà nước sẽ tràn vào chiếm chỗ các không gian trong các kết cấu vỏ rỗng, các khoang, các két, một mặt làm tăng trọng lượng tàu, một mặt làm giảm thể tích chiếm nước kết quả là "trọng lượng riêng tổng hợp" tăng và giá trị này lớn hơn trọng lượng riêng của nước. Nói cách khác - tàu đang chìm. Tất cả các phân tích trên đây chỉ đúng khi đảm bảo giả thuyết tàu ổn định, không nghiêng, không chúi. Khi thả một vật xuống nước, trên bề mặt Trái Đất, nếu vật có trọng lượng riêng nhẹ hơn trọng lượng riêng của nước thì nó sẽ nổi lên trên mặt nước, do trọng lực của vật kéo nó xuống nhỏ hơn lực đẩy Archimedes nên vật nổi hoàn toàn. Trạng thái cân bằng đạt được khi lực đẩy Archimedes bằng trọng lực của vật, và vật chiếm một thể tích trong nước nhỏ hơn tổng thể tích của nó. Nếu khối lượng riêng của vật này nặng hơn nước thì nó sẽ chìm xuống, do lực đẩy Archimedes lớn nhất có được khi vật chìm hoàn toàn cũng không đủ thắng trọng lực tác dụng vào vật.
Lực Ác si mét xuất hiện từ tác dụng của áp suất chất lỏng (hay khí) trên bề mặt vật thể. Công thức cho tổng lực áp suất: FA = d.V - P - áp suất trên bề mật vật thể (N/m2) Hàm P cho chất lỏng tĩnh: P(z) = ρl g z + P0 - ρl - tỉ trọng chất lỏng (kg/m3) - g - hấp dẫn (m/s2) - z - độ sâu dưới bề mặt chất lỏng (m) - P0 - áp suất trên bề mặt chất lỏng (N/m2) (áp suất thuộc độ sâu). Áp dụng định luật Guass biến đổi cộng thức này thành: FA = ∬ P n dS = ∭ ∇P dV = ∭ ρl g dV k = ρl g V k - dV - miếng thể tích vật thể (m3) - V - thể tích vật thể (m3) - k - vectơ đơn vị hướng z Đây là kết quả lực đẩy Ác-si-mét bằng tích của tỉ trọng của chất lỏng nhân thể tích bị vật chiếm chỗ. Phương pháp ở trên có thể dùng cho trường chất lỏng tỉ trọng không đều như 2+ chất lỏng khác nhau (ví dụ cục sắt nổi trên thủy ngân dưới nước) hay chất lỏng đổi tỉ trọng tùy áp suất. Lực đẩy không xem xét sức căng bề mặt (lực mao dẫn) tác động lên vật.[2] Hơn nữa, lực đẩy Archimedes không áp dụng được trong chất lỏng phức tạp.[3] Có một ngoại lệ đối với nguyên tắc của Archimedes được gọi là trường hợp dưới cùng (hoặc bên). Điều này xảy ra khi một bên của vật chạm vào đáy (hoặc bên) của tàu mà nó bị ngập trong nước, và không có chất lỏng nào thấm vào dọc theo bên đó. Trong trường hợp này, lực đẩy ròng là khác với lực đẩy Archimedes, do thực tế là do không có chất lỏng nào thấm vào bên đó, nên sự đối xứng của áp lực đã bị phá vỡ.[4]
Lực đẩy Ác-Si-Mét (Archimedes) là gì? Công thức cách tính lực đẩy Ác-Si-Mét và Bài tập - Vật lý 8 bài 10 Khi kéo một vật từ dưới nước lên ta thấy, khi gàu nước còn ngập trong dưới nước sẽ nhẹ hơn khi nó đã lên khỏi mặt nước. Tại sao sao lại như vậy?
Để giải đáp câu hỏi này, chúng ta cùng tìm hiểu về lực đẩy Ac-Si-Mét (Archimedes) là gì? Công thức cách tính lực đẩy Ác-si-mét được viết như thế nào? Lực đẩy Ác-si-mét xuất hiện khi nào và phụ thuộc vào các yếu tố nào? qua bài viết dưới đây. I. Tác dụng của chất lỏng lên vật nhúng chìm trong nó - Một vật nhúng chìm trong chất lỏng bị chất lỏng tác dụng một lực đẩy hướng từ dưới lên, lực này gọi là lực đẩy Acsimet. II. Độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét 1. Dự đoán • Ác-si-mét dự đoán: - Vật nhúng trong chất lỏng càng nhiều thì lực đẩy của nước lên vật càng mạnh. - Độ lớn của lực đẩy lên vật nhúng trong chất lỏng bằng trọng lượng của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ
2. Thí nghiệm kiểm tra - Bước 1: Đo P1 của cốc A và vật - Bước 2: Nhúng vật vào nước, nước sẽ tràn ra cốc chứa. Đo trọng lượng P2 - Bước 3: So sánh P2 và P1: P2 1 ⇒ P1 = P2 + FA - Bước 4: Đổ nước tràn từ cốc chứa vào cốc A, đo trọng lượng: ⇒ P1 = P2 + P(nước tràn ra)
- Khi nhúng vật chìm trong bình tràn, thể tích nước tràn ra bằng thể tích của vật. Vật bị nước tác dụng lực đẩy từ dưới lên số chỉ của lực kết là: P2 = P1 - FA - Khi đổ nước từ B sang A lực kế chỉ P1 chứng tỏ FA có độ lến bằng trọng lượng của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ. 3. Công thức tính lực đẩy Acsimet • Công thức: FA = d.V • Trong đó: FA : Lực đẩy Acsimet (N) d : Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m2) V : Thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m3) - Như vậy, từ công thức có thể thấy lực đẩy Acsimet xuất hiện khi vật chìm trong chất lỏng và độ lớn phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chất lỏng và thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ. III. Bài tập về lực đẩy Acsimet * Câu C1 trang 36 SGK Vật Lý 8: Treo một vật nặng vào lực kế, lực kế chỉ giá trị P (H. 10.2a). Nhúng vật nặng chìm trong nước, lực kế chỉ giá trị P1 (H.10.2b). P1 ° Lời giải C1 trang 36 SGK Vật Lý 8: - Điều này chứng tỏ khi vật bị nhúng trong nước, vật chịu một lực đẩy từ dưới lên. * Câu C2 trang 36 SGK Vật Lý 8: Hãy chọn từ thích hợp cho chỗ trống trong kết luận sau: Một vật nhúng trong chất lỏng bị chất lỏng tác dụng một lực đẩy hướng từ ......... ° Lời giải C2 trang 36 SGK Vật Lý 8: - Một vật nhúng trong chất lòng bị chất lỏng tác dụng một lực đẩy hướng từ dưới lên trên. * Câu C3 trang 37 SGK Vật Lý 8: Hãy chứng minh rằng thí nghiệm ở hình 10.3 chứng tỏ dự đoán về độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét nêu trên là đúng.
° Lời giải C3 trang 37 SGK Vật Lý 8: - Nhúng vật nặng vào bình đựng nước, thể tích nước từ trong bình tràn ra chính là thể tích của vật. Vật nhúng trong nước bị nước tác dụng một lực F đẩy từ phía dưới lên trên, do đó, số chỉ của lực kế lúc này là P2. - Ta có: P2 = P1 - F, do vậy P2 1. - Khi đổ nước từ bình B vào bình A, lực kế chỉ giá trị P1. Điều này cho thấy lực đẩy Ác-si-mét có độ lớn bằng độ lớn của trọng lượng của phần nước bị vật chiếm chỗ. Xem thêm: Khối Lượng Riêng Của Nước Là Bao Nhiêu, Khối Lượng Riêng Của Nước * Câu C4 trang 38 SGK Vật Lý 8: Hãy giải thích hiện tượng nêu ra ở đầu bài. ° Lời giải C4 trang 38 SGK Vật Lý 8: - Kéo gàu nước lúc ngập trong nước cảm thấy nhẹ hơn khi kéo trong không khí, vì gàu nước chìm trong nước bị nước tác dụng một lực đẩy Ác-si-mét hướng từ dưới lên, lực này có độ lớn bằng trọng lượng của phần nước bị gàu chiếm chỗ. * Câu C5 trang 38 SGK Vật Lý 8: Một thỏi nhôm và một thỏi thép có thể tích bằng nhau cùng được nhúng chìm trong nước. Thỏi nào chịu lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn? ° Lời giải C5 trang 38 SGK Vật Lý 8: - Vì thỏi nhôm và thép đều có thể tích như nhau nên chúng chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet như nhau. * Câu C6 trang 38 SGK Vật Lý 8: Hai thỏi đồng có thể tích bằng nhau, một thỏi được nhúng vào nước, một thỏi được nhúng vào dầu. Thỏi nào chịu lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn. ° Lời giải C6 trang 38 SGK Vật Lý 8: - Vì trọng lượng riêng của nước lớn hơn trọng lượng riêng của dầu nên thỏi đồng nhúng trong nước chịu lực đấy Ác-si-mét lớn hơn (mặc dù cả hai thỏi cùng chiếm một thể tích trong nước như nhau). * Câu C7 trang 38 SGK Vật Lý 8: Hãy nêu phương án thí nghiệm dùng cân vẽ ở hình 10.4 thay cho lực kế để kiểm tra dự đoán về độ lớn của lực đẩy Ác-si- mét.
° Lời giải C7 trang 38 SGK Vật Lý 8: - Bước 1: Dùng cân để cân một vật nặng nhỏ không thấm nước treo dưới một cốc A đặt trên đĩa cân. Khối lượng vật và cốc (đĩa bên trái) bằng đúng trọng lượng của các quả cân (đĩa bên phải). - Bước 2: Vật vẫn treo trên cân nhưng được nhúng hoàn toàn vào một bình tràn B chứa đầy nước, khi đó một phần nước trong bình tràn chảy ra cốc C và cân bị lệch về phía các quả cân. - Bước 3: Vẫn giữ nguyên vật trong bình tràn đồng thời đổ nước từ cốc C vào cốc A trên đĩa cân thấy cân trở lại cân bằng. ⇒ Như vậy, lực đẩy Ácsimet có độ lớn bằng trọng lượng của phần nước bị chiếm chỗ.
Hy vọng với bài viết về công thức cách tính lực đẩy Ác-si-mét và bài tập vận dụng ở trên giúp ích cho các em. |
