Trả lời nhanh
Một vật ở trong nước chịu tác dụng của hai lực chính: trọng lực P hướng thẳng đứng xuống dưới và lực đẩy Ác-si-mét FA hướng thẳng đứng lên trên. Nếu vật còn bị treo bằng dây hoặc nằm chạm đáy bình thì có thêm lực căng dây hoặc lực nâng của đáy. Độ lớn của hai lực chính quyết định vật chìm, nổi hay lơ lửng.
Hai lực tác dụng lên vật trong nước
- Trọng lực P: lực hút của Trái Đất, đặt tại trọng tâm vật, hướng xuống. Công thức P = 10m (m tính bằng kg, P tính bằng N).
- Lực đẩy Ác-si-mét FA: lực do chất lỏng tác dụng lên phần vật chìm trong nó, hướng lên. Công thức FA = d × V, với d là trọng lượng riêng của chất lỏng (nước: khoảng 10 000 N/m3) và V là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m3).
So sánh P và FA để biết trạng thái của vật
| Trường hợp | Điều kiện lực | Điều kiện khối lượng riêng |
|---|---|---|
| Vật chìm xuống | P > FA | Khối lượng riêng vật lớn hơn của nước |
| Vật lơ lửng | P = FA (chìm hoàn toàn) | Bằng khối lượng riêng của nước |
| Vật nổi | P = FA (chìm một phần) | Nhỏ hơn khối lượng riêng của nước |
Khi vật đã nổi yên trên mặt nước, lực đẩy vẫn bằng trọng lực, nhưng thể tích phần chìm chỉ là một phần thể tích vật.
Khi nào có thêm lực khác?
- Vật treo vào lực kế hoặc dây: có thêm lực căng dây T hướng lên. Khi vật chìm hoàn toàn và đứng yên: T + FA = P.
- Vật nằm chìm sát đáy bình: đáy tác dụng thêm lực nâng N hướng lên: N + FA = P.
- Vật đang chuyển động trong nước: xuất hiện thêm lực cản của nước ngược chiều chuyển động.
Ví dụ giúp phân biệt
Ví dụ 1. Một khối sắt có khối lượng 0,78 kg, thể tích 100 cm3 treo vào lực kế rồi nhúng chìm hoàn toàn trong nước. Trọng lượng P = 10 × 0,78 = 7,8 N. Lực đẩy FA = 10 000 × 0,0001 = 1 N. Số chỉ lực kế (lực căng) T = 7,8 – 1 = 6,8 N. Số chỉ nhỏ hơn P vì nước đã “nâng” khối sắt lên 1 N.
Ví dụ 2. Một khúc gỗ khối lượng riêng 600 kg/m3, thể tích 500 cm3, thả vào nước. Khối lượng khúc gỗ là 0,3 kg nên P = 3 N. Vì gỗ nhẹ hơn nước nên nổi: FA = P = 3 N, suy ra thể tích phần chìm V = 3 : 10 000 = 0,0003 m3 = 300 cm3, tức là 60% thể tích khúc gỗ chìm trong nước.
Những lỗi sai thường gặp
- Nghĩ rằng vật nổi thì không có trọng lực. Thực tế trọng lực luôn có, chỉ là nó cân bằng với lực đẩy.
- Cho rằng vật nặng thì chắc chắn chìm. Con tàu thép rất nặng vẫn nổi vì thể tích chiếm chỗ lớn nên lực đẩy đủ lớn.
- Nhầm V trong công thức FA với thể tích cả vật. Phải lấy phần thể tích chìm trong chất lỏng.
- Đưa thêm “lực nổi” như một lực thứ ba. Lực nổi chính là cách gọi khác của lực đẩy Ác-si-mét.
Mẹo nhớ
Hãy nhớ hình ảnh “một tay kéo xuống, một tay đẩy lên”: trọng lực kéo xuống, lực đẩy Ác-si-mét đẩy lên. Tay nào mạnh hơn thì vật đi theo hướng đó.
Luyện tập có đáp án
Câu 1. Một quả cầu có trọng lượng 4 N, thả vào nước chịu lực đẩy 5 N khi chìm hoàn toàn. Quả cầu chìm hay nổi?
Đáp án: Nổi, vì FA lớn hơn P nên vật bị đẩy lên; khi nổi yên, lực đẩy còn lại 4 N bằng trọng lực.
Câu 2. Vật có thể tích 200 cm3 chìm hoàn toàn trong nước. Tính lực đẩy.
Đáp án: FA = 10 000 × 0,0002 = 2 N.
Câu 3. Vật nặng 5 N nằm im dưới đáy chậu, chịu lực đẩy 2 N. Đáy chậu nâng vật một lực bao nhiêu?
Đáp án: N = 5 – 2 = 3 N.
Câu hỏi thường gặp
Một vật ở trong nước chịu tác dụng của những lực nào?
Trọng lực hướng xuống và lực đẩy Ác-si-mét hướng lên; thêm lực căng dây hoặc lực nâng của đáy nếu vật bị treo hoặc chạm đáy.
Công thức tính lực đẩy Ác-si-mét là gì?
F_A = d × V, với d là trọng lượng riêng của chất lỏng và V là thể tích phần vật chìm trong chất lỏng.
Khi nào vật lơ lửng trong nước?
Khi vật chìm hoàn toàn và trọng lực bằng lực đẩy Ác-si-mét, tức khối lượng riêng của vật bằng khối lượng riêng của nước.
Vì sao tàu thép nặng vẫn nổi?
Vì tàu có thể tích chiếm chỗ rất lớn nên lực đẩy Ác-si-mét đủ để cân bằng với trọng lực của cả con tàu.