I. TÁC DỤNG CỦA CHẤT LỎNG LÊN VẬT NHÚNG CHÌM TRONG NÓ

- Một vật nhúng vào chất lỏng bị chất lỏng đó đẩy thẳng đứng từ dưới lên với lực có độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ. Lực này gọi là lực đẩy Ác-si-mét.

II. ĐỘ LỚN CỦA LỰC ĐẨY ÁC-SI-MÉT

Công thức tính độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét:

$F_{A} = d.V$

Trong đó:

$F_{A}:$ lực đẩy Ác-si-mét $(N)$

$d:$ trọng lượng riêng của chất lỏng $(N/m^{3})$

$V:$ thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ $(m^{3})$

$\bullet \,\,$ Lưu ý:

- $V$ là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ cũng chính là thể tích phần chìm của vật chứ không phải là thể tích của vật. Muốn tính thể tích phần chìm của vật có nhiều trường hợp:

+ Nếu cho biết $V_{nổi}$ thì $V_{chìm} = V_{vật} - V_{nổi}$

+ Nếu cho biết chiều cao $h$ phần chìm của vật (có hình dạng đặc biệt) thì $V_{chìm} = S_{đáy}.h$

+ Nếu cho biết vật chìm hoàn toàn trong chất lỏng thì $V_{chìm} = V_{vật}$

III. VẬN DỤNG

$\bullet \,\,$ Phương pháp giải

1. Tính trọng lượng riêng của chất lỏng, thể tích phần chìm của vật

- Khi biết trọng lượng của vật ở trong không khí $(P)$ và trọng lượng của vật khi nhúng trong chất lỏng $(P_{1})$ thì lực đẩy Ác-si-mét: $F_{A} = P - P_{1}$

Từ công thức: $F_{A} = d.V$

$\Rightarrow d = \frac {F_{A}}{V} = \frac {P - P_{1}}{V}$

Hay $V = \frac {F_{A}}{d} = \frac {P - P_{1}}{d}$

2. So sánh lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên các vật

- Khi các vật được nhúng chìm hoàn toàn trong cùng một chất lỏng thì lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên các vật chỉ phụ thuộc vào thể tích của chúng. Vật nào có thể tích lớn hơn thì vật đó chịu lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên nó lớn hơn.

- Khi các vật có cùng khối lượng (làm bằng các chất khác nhau) được nhúng chìm hoàn toàn trong cùng một chất lỏng thì lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên các vật chỉ phụ thuộc vào khối lượng riêng của chúng. Vật nào có khối lượng riêng lớn hơn thì vật đó chịu lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên nó nhỏ hơn.

- Khi các vật có cùng thể tích được nhúng chìm hoàn toàn trong các chất lỏng khác nhau thì vật nào được nhúng trong chất lỏng có trọng lượng riêng lớn hơn thì vật đó chịu lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên nó lớn hơn.

$\bullet \,\,$ C4

Hãy giải thích hiện tượng nêu ra ở đầu bài:

“Khi kéo nước từ dưới giếng lên, ta thấy gàu nước khi còn ngập dưới nước nhẹ hơn khi đã lên khỏi mặt nước (H.10.1). Tại sao?”

Trả lời:

- Kéo gàu nước lúc ngập trong nước cảm thấy nhẹ hơn khi kéo trong không khí, vì gàu nước chìm trong nước có lực đẩy Ác-si-mét hướng từ dưới lên, lực này có độ lớn bằng trọng lượng của phần nước bị gàu chiếm chỗ. Còn trong không khí, mặc dù vẫn có lực đẩy Ác-si-met của không khí tác dụng vào gàu nhưng nhỏ hơn lực tác dụng của nước rất nhiều.

$\bullet \,\,$ C5

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?

Trả lời:

- Lực đẩy Ác-si-mét phụ thuộc vào trọng lượng riêng của nước và thể tích của phần nước bị mỗi thỏi chiếm chỗ. Hai thỏi có thể tích bằng nhau nên hai thỏi chịu tác dụng của lực đẩy Ác-si-mét có độ lớn như nhau.

$\bullet \,\,$ C6

Hai thỏi đồng có thể tích bằng nhau, một thỏi được nhúng chìm vào trong nước, một thỏi được nhúng chìm vào dầu. Thỏi nào chịu lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn?

Trả lời:

- Ta có:

Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên thỏi đồng nhúng vào nước: $F_{A\,\,nước} = d_{nước}.V$

Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên thỏi đồng nhúng vào dầu: $F_{A\,\,dầu} = d_{dầu}.V$

- Do trọng lượng riêng của nước lớn hơn trọng lượng riêng của dầu:

$d_{nước} > d_{dầu}$ $\Rightarrow F_{A\,\,nước} > F_{A\,\,dầu}$

Vậy thỏi đồng nhúng trong nước chịu lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn.

$\bullet \,\,$ C7

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.

Trả lời:

Ta có thể dùng cân để kiểm tra dự đoán về độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét như hình sau:

- 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 Ác-si-mét có độ lớn bằng trọng lượng của phần nước bị chiếm chỗ.