Trả lời nhanh
Một vật nằm trong nước chịu tác dụng của hai lực: trọng lực P hướng thẳng đứng xuống dưới và lực đẩy Ác-si-mét FA hướng thẳng đứng lên trên. Khi vật lơ lửng, hai lực này là hai lực cân bằng: cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn (P = FA), nên vật đứng yên tại chỗ.
Hai lực tác dụng lên vật trong nước
- Trọng lực P: lực hút của Trái Đất, điểm đặt ở trọng tâm vật, hướng xuống. Độ lớn P = 10m (m là khối lượng, tính bằng kg).
- Lực đẩy Ác-si-mét FA: do nước tác dụng lên vật, hướng lên. Độ lớn FA = d.V, với d là trọng lượng riêng của nước (khoảng 10 000 N/m3) và V là thể tích phần nước bị vật chiếm chỗ.
Vì sao vật lơ lửng?
Khi vật nhúng hoàn toàn trong nước và đứng yên, tổng các lực tác dụng lên nó bằng 0. Vì trọng lực hướng xuống nên lực còn lại phải hướng lên và bằng trọng lực, chính là lực đẩy Ác-si-mét.
Điều này xảy ra khi trọng lượng riêng của vật bằng trọng lượng riêng của chất lỏng (dvật = dnước). Ví dụ một chiếc bình nhựa kín chứa lượng nước vừa đủ có thể lơ lửng giữa bể.
Ba trạng thái: chìm, lơ lửng, nổi
| Trạng thái | So sánh hai lực | So sánh trọng lượng riêng |
|---|---|---|
| Vật chìm xuống | P > FA | dvật > dnước |
| Vật lơ lửng | P = FA | dvật = dnước |
| Vật nổi lên | P < FA (lúc ban đầu) | dvật < dnước |
Khi vật đã nổi yên trên mặt nước, nó cũng ở trạng thái cân bằng: lúc đó P = FA, nhưng chỉ có một phần vật nằm trong nước nên V trong công thức FA chỉ là thể tích phần chìm.
Ví dụ có lời giải
Một vật có thể tích 200 cm3 lơ lửng trong nước. Biết trọng lượng riêng của nước là 10 000 N/m3. Hỏi khối lượng của vật?
- Đổi V = 200 cm3 = 0,0002 m3.
- Lực đẩy Ác-si-mét: FA = d.V = 10 000 × 0,0002 = 2 N.
- Vật lơ lửng nên P = FA = 2 N.
- Khối lượng m = P/10 = 0,2 kg.
Loại trừ những cách trả lời sai
- “Vật chỉ chịu lực đẩy Ác-si-mét”: sai, vật luôn chịu thêm trọng lực của Trái Đất.
- “Vật chịu trọng lực, lực đẩy và lực cản của nước”: chỉ đúng khi vật đang chuyển động; vật đang lơ lửng yên không có lực cản.
- “Lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn trọng lực nên vật lơ lửng”: sai, nếu lớn hơn thì vật nổi lên.
Mẹo nhớ
Hãy vẽ hai mũi tên bằng nhau xuất phát từ vật: một mũi tên xuống (P) và một mũi tên lên (FA). Chỉ cần mũi tên nào dài hơn thì vật di chuyển theo hướng đó: dài xuống thì chìm, dài lên thì nổi, bằng nhau thì lơ lửng.
Luyện tập có đáp án
- Một vật nặng 3 N nhúng chìm trong nước, lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên vật là 2 N. Vật chìm, nổi hay lơ lửng? Vật chìm vì P (3 N) lớn hơn FA (2 N).
- Vận động viên lặn giữ mình lơ lửng dưới nước, lực đẩy lên người đó bằng bao nhiêu nếu người nặng 500 N? Bằng 500 N, vì hai lực cân bằng.
- Muốn một quả bóng nhựa rỗng chìm xuống nước, ta làm gì? Cho nước vào bên trong để tăng trọng lượng, khi P lớn hơn FA bóng sẽ chìm.
Lỗi sai thường gặp
- Vẽ hai lực có độ dài khác nhau cho vật đang cân bằng.
- Đổi sai đơn vị thể tích (cm3 sang m3).
- Nhầm giữa khối lượng (kg) với trọng lượng (N).
Câu hỏi thường gặp
Một vật ở trong nước chịu tác dụng của những lực nào?
Chịu trọng lực P hướng xuống và lực đẩy Ác-si-mét F_A hướng lên. Nếu vật chuyển động trong nước còn có lực cản của nước.
Khi vật lơ lửng, hai lực có quan hệ gì?
Hai lực cân bằng: cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn, P = F_A.
Điều kiện để vật lơ lửng trong nước là gì?
Trọng lượng riêng của vật bằng trọng lượng riêng của nước, hay trọng lượng vật bằng lực đẩy Ác-si-mét.
Công thức tính lực đẩy Ác-si-mét là gì?
F_A = d.V, trong đó d là trọng lượng riêng của chất lỏng và V là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.