Vật Lý 8 Lực đẩy Ác-si-mét

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Tác dụng của chất lỏng lên vật nhúng chìm trong nó.

• Một vật nhúng trong chất lỏng bị chất lỏng tác dụng một lực đẩy hướng từ dưới lên
• Lực này gọi là lực đẩy Acsimet

2. Độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét

2.1. Dự đoán

Acsimet 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.

2.2. Thí nghiệm

• B1: Đo P của cốc A và vật.
• B2: Nhúng vật vào nước → nước tràn ra cốc chứa. Đo trọng lượng P
• B3: So sánh P và P : P < P => P = P + F
• B4: Đổ nước tràn từ cốc chứa vào cốc A. Đo trọng lượng → P = P + P
• 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 đưới lên số chỉ của lực kế là: \[{{P}_{2}}={{P}_{1}}-{{F}_{A}}\].
•  Khi đổ nước từ B sang A lực kế chỉ P , chứng tỏ FA có độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ

2.3. Công thức tính lực đẩy Ácsimét

\[{{F}_{A}}\]= d . V

Trong đó:

• \[{{F}_{A}}\] : Lực đẩy Acsimét (N)
• d: Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m )
• V: Thể tích chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m )

3. Bài tập minh họa

Bài 1. Thể tích của một miếng sắt là 2dm . Tính lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên miếng sắt khi nó được nhúng chìm trong nước, trong rượu. Nếu miếng sắt được nhúng ở độ sâu khác nhau thì lực đẩy Ác-si-mét có thay đổi không? Tại sao?

Hướng dẫn giải:

Ta có: 2dm = 0,002m .

Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên miếng sắt khi miếng sắt được nhúng chìm trong nước là: F = d V = 10.000N/m .0,002m = 20N

Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên miếng sắt khi miếng sắt được nhúng chìm trong rượu là: F = d .V = 8.000N/m . 0,002m = 16N

Lực đẩy Ác-si-mét không thay đổi khi nhúng vật ở những độ sâu khác nhau , vì lực đẩy Ác-si-mét chỉ phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chất lỏng và thế tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

Bài 2. Một thỏi nhôm và một thỏi đồng có trọng lượng như nhau. Treo các thỏi nhôm và đồng vào hai phía của một cân treo. Để cân thăng bằng rồi nhúng ngập cả hai thỏi đồng thời vào hai bình đựng nước. Cân bây giờ còn thăng bằng nữa không? Tại sao?

Hướng dẫn giải:

Lực đẩy của nước tác dụng vào hai thỏi tính bằng công thức: F =dV ; F =dV (trong đó d là trọng lượng riêng của nước, V là thể tích của thỏi nhôm, V là thể tích của thỏi đồng)

Vì trọng lượng riêng của đồng lớn hơn của nhôm nên V > V , do đó F > F .

Vậy cân sẽ không cân bằng nữa khi nhúng ngập cả hai thỏi đồng thời vào hai bình đựng nước.

B. Giải bài tập trong sách giáo khoa

Giải tập tập 1 trang 36 SGK vật lý lớp 8: Treo một vật nặng vào lực kế, lực kê chỉ giá trị P (H. 10.2A SGK). Nhúng vật nặng chìm trong nước, lực kế chỉ giá trị Pi (H. 10.2B SGK). P1 < p chứng tỏ điều gì?

Hướng dẫn giải:

Điều này chứng tỏ khi nhúng trong nước, vật chịu một lực đẩy từ dưới lên.

Giải tập tập 2 trang 36 SGK vật lý lớp 8: Hãy chọn từ thích hợp cho chỗ trông trong kết luận sau: Một vật nhúng trong chất lòng bị chất lỏng tác dụng một lực đẩy hướng từ........

Hướng dẫn giải:

Một vật nhúng trong chất lỏng bị chất lỏng tác dụng một lực đẩy hướng từ dưới lên trên.

Giải tập tập 3 trang 37 SGK vật lý lớp 8: Hãy chứng minh rằng thí nghiệm ơ hình vẽ (SGK) chứng tỏ dự đoán về độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét nêu trên là đúng.

Hướng dẫn giải:

Nhúng vật nặng vào bình đựng nước, thể tích nước từ trong bình tràn ra chính là thể tích cùa 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 < P1

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 cua trọng lượng của phần nước bị vật chiêm chỗ.

Giải tập tập 4 trang 38 SGK vật lý lớp 8: Hãy giải thích hiện tượng nêu ra ở đầu bài.  Hướng dẫn giải

Kéo gầu nước khi nó còn nằm trong nước ta cảm thấy nhẹ hơn khi kéo nó ngoài không khí vì gầu nước chìm trong nước có lực đẩy Ácsimét từ dưới lên, còn trong không khí, mặc dù vẫn có lực đẩy Ácsimét của không khí tác dụng vào gầu nhưng nhỏ hơn lực tác dụng của nước rất nhiều.

Giải tập tập 5 trang 38 SGK vật lý lớp 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-mé.t lớn hơn?

Hướng dẫn giải

Vì thỏi nhôm và thép đều có thể tích như nhau nên chúng chịu tác dụng của lực đấy Ácsimét như nhau.

Giải tập tập 6 trang 38 SGK vật lý lớp 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?

Hướng dẫn giải

Do trọng lượng riêng của nước lớn hơn trọng lượng riêng của dầu nên thỏi đồng nhúng trong nước chịu lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn (mặc dù cả hai thỏi cùng chiếm một thể tích trong nước như nhau).

Giải tập tập 7 trang 38 SGK vật lý lớp 8: Hãy nêu phương án thí nghiệm dùng cân vẽ ở hình bên thay cho lực kế để kiểm tra dự đoán về độ lớn của lực đẩy Ác-si- mét.

Hướng dẫn giải

- Bước 1: Dùng cân để cân một vật nặng nhỏ không thấm nước treo dưới một cốc A đặt trên đĩa cân. Khôi 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 Ácsimét có độ lớn bằng trọng lượng của phần nước bị vật chiếm chỗ.  

C. GIẢI BÀI TẬP

B1. Lực đẩy Ác-si-mét phụ thuộc vào?

A. Trọng lượng riêng của chất lỏng và của vật.

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

C. Trọng lượng riêng và của vật.

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

Hướng dẫn giải

Chọn câu B: Trọng lượng riêng của chất lỏng và thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

B2. Ba quả cầu bằng thép nhúng trong nước (hình bên). Lực Ác-si-mét tác dụng lên quả cầu nào lớn nhất?

A. Quả 3, vì nó ở sâu nhất.

B. Quả 2, vì nó lớn nhất.

C. Quả 1, vì nó nhỏ nhất.

D. Bằng nhau vì đều bằng thép và đều nhúng trong nước.

Hướng dẫn giải

Chọn câu B: Quả 2, vì nó lớn nhất.

B3. Ba vật làm bằng ba chất khác nhau là đồng, sắt, nhôm, có khối lượng bằng nhau. Khi nhúng chúng ngập vào trong nước thì lực đẩy của nước tác dụng vào vật nào là lớn nhất? Vật nào bé nhất?

Hướng dẫn giải

Khối lượng riêng của ba chất đồng, sắt, nhôm theo thứ tự là:

dđồng > dsắt > dnhôm

Theo công thức V = m/d thì nếu ba vât có khôi lương bằng nhau nhưng vật nào có khối lượng riêng nhỏ hơn thì có thể tích lớn hơn. Do đó thế tích của các vật như sau: dđồng > dsắt > dnhôm

- Như vậy, lực tác dụng của nước vào nhôm là lớn nhất (nhôm có thế tích lớn nhất), vào đồng là nhỏ nhất (đồng có thể tích nhỏ nhất). 

B4. Ba vật làm bằng ba chất khác nhau là sắt, nhôm, sứ, có hình dạng khác nhau nhưng thể tích bằng nhau. Khi nhúng chúng ngập vào trong nước thì lực đẩy của nước tác dụng vào ba vật có khác nhau không? Vì sao?

Hướng dẫn giải

Lực đẩy của nước tác dụng vào ba vật là bằng nhau vì lực đẩy Ác- si-mét có độ lớn bằng trọng lượng của khôi chất lỏng bị vật chiếm chỗ, lực đẩy này không phụ thuộc vào vật nhúng trong chất lỏng là chất gì, có hình dạng thế nào mà chỉ phụ thuộc vào thể tích của vật đó mà thôi.

B5. Thể tích của một miếng sắt là 2dm3. Tính lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên miếng sắt khi nó được nhúng chìm trong nước, trong rượu. Nếu miếng sắt được nhúng ở độ sâu khác nhau thì lực đẩy Ác-si-mét có thay đổi không? Tại sao?

Hướng dẫn giải

Ta có: 2dm3 = 0,002m3.

Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên miếng sắt khi miếng sắt được nhúng chìm trong nước là: Fnước = dnước-Vsắt = 10.000N/m3 X 0,002m3 = 20N

Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên miếng sắt khi miếng sắt được nhúng chìm trong rượu là: FrưỢu = drượu.Vsát = 8.000N/m3 X 0,002m3 = 16N

Lực đẩy Ác-si-mét không thay đổi khi nhúng vật ỗ những độ sâu khác nhau vì lực đẩy Ác-si-mét chỉ phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chất lỏng và thế tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

B6. Một thỏi nhôm và một thỏi đồng có trọng lượng như nhau. Treo các thỏi nhôm và đồng vào hai phía của một cân treo. Để cân thăng bằng rồi nhúng ngập cả hai thỏi đồng thời vào hai bình đựng nước. Cân bây giờ còn thăng bằng nữa không? Tại sao?

Hướng dẫn giải

Lực đẩy của nước tác dụng vào hai thỏi tính bằng công thức: F1 =dV1; F2 =dV2 (trong đó d là trọng lượng riêng của nước, V1 là thể tích của thỏi nhôm, V2 là thể tích của thỏi đồng)

Vì trọng lượng riêng của đồng lớn hơn của nhôm nên V1 > V2, do đó F1 > F2.

Vậy cân sẽ không cân bằng nữa khi nhúng ngập cả hai thỏi đồng thời vào hai bình đựng nước.

Bài viết gợi ý:

1. Áp suất khí quyển-vật lý 8

2. Áp suất chất lỏng - Bình thông nhau - Vật lý 8

3. Lý thuyết và bài tập về áp suất - Vật lý 8

4. Lực ma sát - Vật lý 8

5. Sự cân bằng lực-Quán tính

6. Lý thuyết và bài tập biểu diễn lực- Vật lý 8

7. Chuyên đê Chuyển động đều-Chuyển động không đều