Treo một vật nặng có thể tích 0,5 dm³ vào lực kế rồi nhúng chìm trong nước: cách giải
Lớp 8Vật lí

Treo một vật nặng có thể tích 0,5 dm³ vào lực kế rồi nhúng chìm trong nước: cách giải

Trả lời nhanh

Khi vật có thể tích 0,5 dm³ = 5.10-4 m³ được nhúng chìm hoàn toàn trong nước, lực đẩy Ác-si-mét là FA = d.V = 10 000 × 5.10-4 = 5 N. Số chỉ lực kế khi đó nhỏ hơn trọng lượng vật đúng 5 N, tức là P = F + 5 (N), với F là số chỉ lực kế trong nước.

Đề bài thường gặp

Đề gốc thường có dạng: “Treo một vật nặng có thể tích 0,5 dm³ vào đầu của lực kế rồi nhúng chìm vật vào nước. Tính lực đẩy Ác-si-mét và trọng lượng của vật”. Số chỉ lực kế trong nước thay đổi tuỳ đề nên ở dưới mình giải theo phương pháp tổng quát, rồi lấy một ví dụ tự đặt: lực kế chỉ 15 N khi vật chìm trong nước.

Phân tích: vật chịu những lực nào?

Vật đứng yên trong nước, treo vào lực kế, nên chịu ba lực:

  • Trọng lực P hướng xuống (chính là trọng lượng của vật);
  • Lực đẩy Ác-si-mét FA hướng lên do nước tác dụng;
  • Lực kéo F của lò xo lực kế hướng lên, đúng bằng số chỉ của lực kế.

Vật cân bằng nên P = F + FA, suy ra F = P − FA. Vì vậy nhúng vào nước thì lực kế chỉ nhỏ đi so với ngoài không khí.

Sơ đồ vật treo vào lực kế nhúng chìm trong nước chịu ba lực P, F và F_A
Vật nhúng chìm trong nước cân bằng dưới tác dụng của trọng lực P, lực đẩy Ác-si-mét F_A và lực kéo F của lực kế.

Lời giải chi tiết

Bước 1. Đổi đơn vị. 1 dm³ = 10-3 m³ nên V = 0,5 dm³ = 0,5.10-3 m³ = 5.10-4 m³.

Bước 2. Tính lực đẩy Ác-si-mét. Trọng lượng riêng của nước d = 10 000 N/m³.

FA = d.V = 10 000 × 5.10-4 = 5 N.

Bước 3. Tính trọng lượng. Ví dụ lực kế chỉ F = 15 N trong nước:

P = F + FA = 15 + 5 = 20 N.

Bước 4 (mở rộng). Khối lượng vật m = P/10 = 2 kg. Khối lượng riêng D = m/V = 2 / 5.10-4 = 4 000 kg/m³; trọng lượng riêng của vật dv = P/V = 20 / 5.10-4 = 40 000 N/m³. Vì dv lớn hơn d của nước nên vật chìm, phù hợp với đề.

Đáp số (với ví dụ trên): FA = 5 N; P = 20 N.

Bảng tóm tắt công thức

Đại lượng Công thức Giá trị trong bài
Thể tích V (đổi sang m³) 5.10-4 m³
Lực đẩy Ác-si-mét FA = d.V 5 N
Trọng lượng P = F + FA 20 N (nếu F = 15 N)
Khối lượng riêng D = m/V = P/(10.V) 4 000 kg/m³

Lỗi sai thường gặp

  • Quên đổi đơn vị: thay thẳng 0,5 vào công thức sẽ ra 5 000 N. Phải đổi dm³ sang m³.
  • Lấy P = F − FA: sai chiều. Số chỉ lực kế trong nước nhỏ hơn trọng lượng, nên P = F + FA.
  • Dùng trọng lượng riêng của vật thay cho của chất lỏng: trong FA = d.V, d là của chất lỏng, V là phần thể tích vật chìm.
  • Nhầm “nhúng chìm” với “nhúng một phần”: chỉ khi chìm hoàn toàn mới lấy V bằng thể tích cả vật.

Mẹo nhớ: “Nước nâng vật lên, lực kế nhẹ đi” – phần nhẹ đi chính là FA.

Bài luyện tập

  1. Một vật có thể tích 0,2 dm³ treo vào lực kế, nhúng chìm trong nước thì lực kế chỉ 6 N. Tính trọng lượng của vật.
    Đáp án: FA = 10 000 × 2.10-4 = 2 N; P = 6 + 2 = 8 N.
  2. Vật 0,5 dm³ ở bài trên (P = 20 N) được nhúng chìm hoàn toàn trong dầu có d = 8 000 N/m³. Lực kế chỉ bao nhiêu?
    Đáp án: FA = 8 000 × 5.10-4 = 4 N; F = 20 − 4 = 16 N.
  3. Vì sao nhúng vật vào dầu thì lực kế chỉ lớn hơn khi nhúng vào nước?
    Đáp án: dầu có trọng lượng riêng nhỏ hơn nên FA nhỏ hơn (4 N < 5 N), số chỉ lực kế P − FA lớn hơn.

Câu hỏi thường gặp

0,5 dm³ bằng bao nhiêu m³?

1 dm³ = 10^-3 m³ nên 0,5 dm³ = 5.10^-4 m³ = 0,0005 m³.

Lực đẩy Ác-si-mét lên vật 0,5 dm³ nhúng chìm trong nước là bao nhiêu?

F_A = d.V = 10 000 N/m³ × 0,0005 m³ = 5 N, với trọng lượng riêng của nước là 10 000 N/m³.

Vì sao lực kế chỉ nhỏ đi khi nhúng vật vào nước?

Vì nước tác dụng lực đẩy Ác-si-mét hướng lên, cân bằng một phần trọng lượng. Số chỉ lực kế bằng P − F_A.

Nếu lực kế chỉ 15 N trong nước thì vật nặng bao nhiêu?

Với vật 0,5 dm³ ở trong nước, F_A = 5 N nên P = 15 + 5 = 20 N, tức khối lượng 2 kg. Đây là ví dụ minh hoạ, số chỉ thực tế phụ thuộc đề bài của bạn.

Bài học liên quan