SỰ NỔI
1. Điều kiện để vật nổi, vật chìm
Nếu ta thả một vật ở trong lòng chất lỏng thì:
+ Vật chìm xuống khi lực đẩy Ác si mét \[F_A\] nhỏ hơn trọng lượng \[P\]: \[F_A< P\]
+ Vật nổi lên khi: \[F_A>P\]
+ Vật lơ lửng trong chất lỏng khi: \[F_A= P\]
2. Độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét
Khi vật lơ lửng trong chất lỏng thì lực đẩy Ác – si – mét \[F_A= d.V\]
Trong đó:
+ \[V\] là thể tích của phần vật chìm trong chất lỏng [không phải thể tích của vật]
+ \[d\] là trọng lượng riêng của chất lỏng.
Chú ý: Khi nhúng chìm vật rắn vào trong một bình chất lỏng thì có ba trường hợp xảy ra: Vật chìm xuống; Vật nằm lơ lửng trong lòng chất lỏng; Vật nổi lên trên mặt chất lỏng.
- Trường hợp vật đang chìm xuống, nằm lơ lửng trong chất lỏng và đang nổi lên, là những trường hợp tương đối dễ để phân tích và HS thường mắc phải sai lầm.
Tuy nhiên, trường hợp vật đã nằm yên ở đáy bình và nhất là trường hợp vật nằm yên trên mặt chất lỏng, là những trường hợp mà học sinh dễ nhầm lẫn.
- Trường hợp vật đã nằm yên ở đáy bình, học sinh thường chỉ hiểu trong trường hợp này \[P>F_A\] mà không chú ý là khi đã nằm yên ở đáy bình thì các lực tác dụng lên vật phải cân bằng nhau: \[P=F_A+F'\]
Trong đó: \[F'\] là lực của đáy bình tác dụng lên vật.
- Trường hợp vật nằm yên trên mặt chất lỏng, HS thường cho rằng trong trường hợp này FA > P mà không thấy là khi vật đã nằm yên thì các lực tác dụng lên vật phải cân bằng nhau: \[F_A= P\]
Tới đây, học sinh lại hay mắc sai lầm về giá trị độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét \[F_A\] trong khi áp dụng công thức \[F_A= d. V\], học sinh thường cho \[V\] là thể tích của vật, không thấy \[V\] chỉ là thể tích của phần vật bị chìm trong chất lỏng.
Do vậy HS cần lưu ý rằng:
+ Khi vật nằm yên, các lực tác dụng vào vật phải cân bằng nhau.
+ Khi vật nổi lên trên mặt chất lỏng thì \[F_A=d.V\] với \[V\] là thể tích của phần vật chìm trong chất lỏng.
Sơ đồ tư duy về sự nổi
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Sách Bài Tập Vật Lí 8 – Bài 12: Sự nổi giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
A. Bằng trọng lượng của phần vật chìm trong nước.
B. Bằng trọng lượng của phần nước bị vật chiếm chỗ.
C. Bằng trọng lượng vật.
D. Bằng trọng lượng riêng của nước nhân với thể tích của vật.
Lời giải:
Chọn B
Khi vật nổi trên chất lỏng thì lực đẩy Ác – si – mét có cường độ bằng trọng lượng của phần nước bị vật chiếm chỗ.
Lời giải:
Khi vật nổi trên chất lỏng thì lực đẩy Ác – si – mét cân bằng với trọng lượng của vật nên lực đẩy Ác – si –mét trong hai trường hợp đó bằng nhau [bằng trọng lượng của vật].
+ Trường hợp thứ nhất: FA1 = d1.V1 [V1 là phần ngập trong chất lỏng d1 của vật]
+ Trường hợp thứ hai: FA2 = d2.V2 [V2 là phần ngập trong chất lỏng d2 của vật]
Mà FA1 = FA2 và V1 > V2 [theo hình vẽ ta nhận thấy V1 > V2]
Do đó, d1 < d2. Vậy trọng lượng riêng của chất lỏng thứ hai lớn hơn trọng lượng riêng của chất lỏng thứ nhất.
Lời giải:
Lá thiếc mỏng và thuyền gấp bằng lá thiếc có cùng trọng lượng P.
– Lá thiếc mỏng được vo tròn nên có thể tích giảm, do đó trọng lượng riêng tăng. Khi thả xuống nước thì chìm vì trọng lượng riêng của chiếc lá thiếc lớn hơn trọng lượng riêng của nước.
– Lá thiếc mỏng đó được gấp thành thuyền thả xuống nước lại nổi vì trọng lượng riêng của thuyền nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước [thể tích của thuyền lớn hơn rất nhiều thể tích của lá thiếc vo tròn nên dthuyền < dnước].
Lời giải:
Khi vật nổi trên chất lỏng nghĩa là trọng lượng của vật cân bằng với lực đẩy Ác – si – mét. Nhưng lực Ác – si – mét bằng trọng lượng của phần thể tích chất lỏng bị vật chiếm chỗ. Khối lượng riêng của vật càng nhỏ hơn so với khối lượng riêng của chất lỏng thì phần vật chìm trong chất lỏng sẽ càng nhỏ. Như vậy mẫu thứ nhất là li–e, mẫu thứ hai là gỗ.
Lời giải:
Mực nước trong bình không thay đổi do lực đẩy Ác – si –mét trong cả hai trường hợp có độ lớn bằng trọng lượng của miếng gỗ và quả cầu [thể tích nước bị chiếm chỗ trong cả hai trường hợp đó cũng bằng nhau].
Lời giải:
Phần thể tích sà lan ngập trong nước là:
V = 4.2.0,5 = 4 m3
Trọng lượng của sà lan có độ lớn bằng độ lớn của lực đẩy Ác – si –mét tác dụng lên sà lan.
Khi đó: P = FA = d.V = 10000.4 = 40000N
Tóm tắt:
d = 26000 N/m3; Pn = 150N; dn = 10000 N/m3; P = ?
Lời giải:
Nhúng chìm vật trong nước, vật chịu tác dụng của lực đẩy Ác-si-mét nên vật nhẹ hơn ngoài không khí.
Do lực đẩy Ác-si-mét chính là hiệu số giữa trọng lượng của vật ở ngoài không khí với trọng lượng của vật ở trong nước nên:
FA = P – Pn
Trong đó: P là trọng lượng của vật ở ngoài không khí
Pn là trọng lượng của vật ở trong nước
Hay dn.V = d.V – Pn
Trong đó: V là thể tích của vật; dn là trọng lượng riêng của nước
d là trọng lượng riêng của vật
Suy ra: d.V – dn.V = Pn ⇔ V.[d – dn] = Pn
Trọng lượng của vật ở ngoài không khí là:
A. nhẫn chìm vì dAg > dHg
B. nhẫn nổi vì dAg < dHg
C. nhẫn chìm vì dAg < dHg
D. nhẫn nổi vì dAg > dHg.
Lời giải:
Chọn B
Ta có trọng lượng riêng dAg = 105000 kg/m3 còn trọng lượng riêng của thủy ngân dHg = 136000 kg/m3 nên nhẫn nổi vì dAg < dHg.
A. vật sẽ chìm xuống đáy rồi lại nổi lên lơ lửng trong chất lỏng khi dv > d1.
B. vật sẽ chìm xuống đáy rồi lại nổi lên một phần trên mặt chất lòng khi dv = d1.
C. vật sẽ chìm xuống đáy rồi nằm im tại đáy khi dv > d1.
D. vật sẽ chìm xuống đáy rồi lại nổi một nửa trên mặt chất lỏng khi dv = 2.d1.
Lời giải:
Chọn C.
Thả một vật đặc có trọng lượng riêng dv vào một bình đựng chất lỏng có trọng lượng riêng d1 thì vật sẽ chìm xuống đáy rồi nằm im tại đáy khi dv > d1.
A. d1 > d2 > d3 > d4
B. d4 > d1 > d2 > d3
C. d3 > d2 > d1 > d4
D. d4 > d1 > d3 > d2
Lời giải:
Chọn C
Khi vật chìm thì lực đẩy Ác – si – mét FA < P nên d4 < dv. Do đó trọng lượng riêng của chất lỏng d4 là nhỏ nhất. Khi vật lơ lửng trong chất lỏng thì lực đẩy Ác – si – mét FA = P nên dl = dv mà các vật đều giống nhau nên dv là như nhau nên d1 > d4.
Khi vật nổi trên chất lỏng thì lực đẩy Ác – si – mét cân bằng với trọng lượng của vật nên lực đẩy Ác – si – mét trong hai trường hợp đó bằng nhau [bằng trọng lượng của vật].
+ Trường hợp thứ hai: F2 = d2.V2
+ Trường hợp thứ ba: F3 = d3.V3
Mà F2 = F3 và V2 > V3 [V2, V3 là thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ]. Do đó, trọng lượng riêng của chất lỏng thứ hai lớn hơn trọng lượng riêng của chất lỏng thứ nhất hay d2 < d3.
Từ trên ta có: d3 > d2 > d1 > d4
A. F1 = F2 và P1 > P2
B. F1 > F2 và P1 > P2
C. F1 = F2 và P1 = P2
D. F1 < F2 và P1 > P2
Lời giải:
Chọn A
Khi vật cùng thể tích và được thả ngập vào cùng một bình nước thì lực đẩy Ác – si – mét tác dụng lên cả 2 vật là như nhau nên F1 = F2
Khi vật 1 chìm ở trong nước thì lực đẩy Ác – si – mét nhỏ hơn trọng lượng: F1 < P1
Khi vật 2 lơ lửng ở trong nước thì lực đẩy Ác – si – mét bằng với trọng lượng: F2 = P2
Do F1 = F2 nên P1 > P2.
A. trọng lượng riêng của chất làm quả cầu nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước.
B. lực đẩy Ác – si – mét luôn bằng trọng lượng của quả cầu.
C. lực đẩy Ác – si – mét mới đầu lớn hơn trọng lượng quả cầu, sau đó giảm dần tới bằng trọng lượng của quả cầu.
D. lực đẩy Ác – si – mét mới đầu lớn hơn trọng lượng quả cầu, sau đó giảm dần tới nhỏ hơn trọng lượng của quả cầu.
Lời giải:
Chọn C
Dùng tay ấn một quả cầu rỗng bằng kim loại xuống đáy một bình đựng nước. Khi bỏ tay ra, quả cầu từ từ nổi lên và nổi một phần trên mặt nước. Hiện tượng trên xảy ra vì lúc đầu lực đẩy Ác – si – mét mới đầu lớn hơn trọng lượng quả cầu, sau đó giảm dần tới bằng trọng lượng của quả cầu.
Tóm tắt:
V = 25 dm3 = 0,025 m3; m = 5 kg; dn = 10000 N/m3
Lực nâng F = ?
Lời giải:
Lực đẩy Ác – si – mét tác dụng lên phao là:
FA = d.V = 10000. 0,025 = 250N
Trọng lượng của phao là: P = 10.m = 10.5 = 50N
Vì lực đẩy FA và trọng lực P của phao cùng phương nhưng ngược chiều nhau nên lực nâng phao là: F = FA – P = 200N.
Tóm tắt:
V = 1,5 lít = 0,0015 m3; m = 250g = 0,25kg; dn = 10000 N/m3
Để chai chìm thì Vđổ thêm = V’ = ?
Lời giải:
Lực đẩy Ác – si – mét tác dụng lên chai khi chai ngập trong nước là:
FA = V.dn = 0,0015.10000 = 15N.
Trọng lượng của chai: P = 10.m = 10.0,25 = 2,5N
Để chai chìm trong nước cần đổ vào chai một lượng nước có trọng lượng tối thiểu là:
P’ = FA – P = 12,5N.
Thể tích nước cần đổ vào chai là:
Tóm tắt:
Kích thước sà lan 10m × 4m × 2m; m0 = 50 tấn = 50000kg;
mh = 20 tấn = 20000kg; dn = 10000 N/m3;
Có thể đặt vào 2 kiện hàng?
Lời giải:
Lực đẩy Ác – si – mét lớn nhất tác dụng lên sà lan là:
FA = V.dn = 10.4.2.10000 = 800000 N
Trọng lượng tổng cộng của sà lan và kiện hàng là:
P = 10.[m0 + 2.mh] = 10.[50000 + 2.20000] = 900000 N
Vì P > FA nên không thể đặt hai kiện hàng lên xà lan được.
Người ta đến thăm Biển Chết không phải chỉ vì phong cảnh mà còn vì một điều kì lạ là mọi người đều có thể nổi trên mặt biển dù không biết bơi [H.12.5].
Em hãy giải thích tại sao?
Lời giải:
Vì nước ở Biển Chết chứa nhiều muối nên trọng lượng riêng của nó lớn hơn trọng lượng riêng của cơ thể người, do đó người có thể nổi trên mặt nước.