Lực đẩy nổi – các vấn đề và giải pháp
1. Một khối gỗ có chiều dài = 2.5 m, chiều rộng = 0.5 m và chiều cao = 0.4 m. Khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m³ . Nếu khối gỗ được đặt trong nước, lực đẩy nổi là bao nhiêu ? Gia tốc trọng trường là 10 N/kg.
Đã biết:
Thể tích của khối (V) = chiều dài x chiều rộng x chiều cao = 2.5 x 0.5 x 0.4 = 0.5 m³
Khối lượng riêng của nước (ρ) = 1000 kg/ m³
Gia tốc trọng trường (g) = 10 N/kg
Cần tìm: Độ lớn của lực đẩy nổi.
Giải pháp:
Công thức lực đẩy nổi:
F = ρ g V
F = lực đẩy nổi , ρ = mật độ nước , g = gia tốc trọng trường , V = thể tích
F = (1000)(10)(0.5) = (1000)(5) = 5000 Newton
2. Trọng lượng của một vật trong không khí là 100 N. Vật đó được đặt trong chất lỏng. Thể tích chất lỏng tăng thêm 1.5 m³ . Nếu khối lượng riêng của chất lỏng là 10 N/m³ , thì trọng lượng của vật trong chất lỏng là bao nhiêu?
Đã biết:
Trọng lượng của vật trong không khí (w) = 100 Newton
Thể tích chất lỏng tăng lên = thể tích vật thể trong chất lỏng (V) = 1.5 m³
Khối lượng riêng của chất lỏng = 10 N/ m³
Cần tìm: Khối lượng của vật thể trong chất lỏng
Giải pháp:
Trọng lượng của vật trong chất lỏng = trọng lượng của vật trong không khí – lực đẩy nổi.
Trọng lượng của vật trong chất lỏng = 100 Newton – lực đẩy nổi
Công thức lực đẩy nổi:
F A = ρ g V
F A = lực đẩy nổi = lực do chất lỏng tác dụng lên vật thể trong nước
ρ = mật độ của chất lỏng
g = gia tốc trọng trường
V = thể tích của vật thể trong chất lỏng
Trọng lượng riêng:
Khối lượng riêng của chất lỏng = 10 N/ m³
w / V = 10 N/m 3
mg / V = 10 N/m 3
m (10) / V = 10 N/m 3
m / V = 1 kg/m 3
ρ = 1 kg/ m³
Khối lượng riêng của chất lỏng là 1 kg/m³.
Độ lớn của lực đẩy nổi :
F A = ρ g V = (1 kg/m 3 )(10 m/s 2 )(1.5 m 3 ) = 15 kg m/s 2 = 15 Newton
Khối lượng của vật thể trong chất lỏng:
Khối lượng của vật trong chất lỏng = 100 Newton – 15 Newton
Khối lượng của vật thể trong chất lỏng = 85 Newton
3. Một con tàu đang đi trên biển tiến vào một con sông rộng và sâu. Khối lượng riêng của nước biển là 1100 kg/m³ , khối lượng riêng của nước sông là 1000 kg/ m³ . Hãy xác định thể tích của vật thể khi ở trong nước biển và trong nước sông.
A. 11 : 10
B. 10 : 11
C. 121 : 100
D. 1 : 1
Đã biết:
Mật độ của nước biển (ρ 1 ) = 1100 kg/m 3
Mật độ nước sông (ρ 2 ) = 1000 kg/m 3
Cần tìm: So sánh thể tích của vật thể trong nước biển và trong nước sông. So sánh thể tích của vật thể trong nước biển và trong nước sông.
Giải pháp:
Nếu vật thể đang nổi thì lực đẩy nổi (F <sub>B</sub> ) = trọng lượng (w):
Nguyên lý Archimedes phát biểu rằng lực đẩy nổi tác dụng lên một vật trong chất lỏng (nước) bằng trọng lượng của chất lỏng (nước) mà vật đó chiếm chỗ. Thể tích của vật trong chất lỏng (nước) bằng thể tích chất lỏng (nước) bị dịch chuyển.
So sánh thể tích của vật thể trong nước biển và trong nước sông:
Câu trả lời đúng là B.
4. Một khối vàng có khối lượng 193 gam nằm trong dầu hỏa chịu lực nâng 8000 dyne. Nếu gia tốc trọng trường là 10 m/s² và mật độ của dầu hỏa là 0.8 g/cm³ , hãy xác định mật độ của vàng.
A. 1.93 gr/ cm³
B. 8.65 gr/ cm³
C. 19.3 gr/ cm³
D. 193 gr/ cm³
Đã biết:
Khối lượng vàng (m vàng ) = 193 gam = 0.193 kg
Gia tốc trọng trường (g) = 10 m/ s²
Lực đẩy nổi (FA ) = 8000 dyne = 8 x 10³ dyne = (8 x 10³ )( 10⁻⁵ N) = 8 x 10⁻² N = 0.08 Newton
Khối lượng riêng của dầu hỏa (ρ) = 0.8 g/cm³ = 800 kg/ m³
Cần tìm: Mật độ của vàng
Giải pháp:
Khối lượng vàng trong không khí:
w = mg = ρ b V g —– Phương trình 1
V là thể tích vàng trong dầu hỏa.
Lực đẩy nổi (F B ) bằng khối lượng vàng trong không khí (w) trừ đi khối lượng vàng trong dầu hỏa (w') :
w – w' = F A
w – w' = ρ f V g —– Phương trình 2
V là thể tích vàng trong dầu hỏa.
Cả hai phương trình trên đều có thể được viết lại như sau:
Câu trả lời đúng là c.
- Nguyên lý cơ bản đằng sau lực đẩy nổi là gì?
- Trả lờiNguyên lý cơ bản đằng sau lực đẩy nổi là nguyên lý Archimedes. Nguyên lý này phát biểu rằng một vật thể chìm trong chất lỏng sẽ chịu một lực hướng lên gọi là lực đẩy nổi, có độ lớn bằng trọng lượng của chất lỏng bị vật thể đó chiếm chỗ.
- Tại sao một vật lại có cảm giác nhẹ hơn khi được nhúng vào nước?
- Trả lờiKhi một vật được nhấn chìm trong nước, nó sẽ làm dịch chuyển một thể tích nước nhất định. Trọng lượng của lượng nước bị dịch chuyển này tạo ra một lực đẩy hướng lên tác dụng lên vật, lực này triệt tiêu một phần trọng lượng của vật, khiến vật có cảm giác nhẹ hơn.
- Nếu một vật nổi trên mặt nước, thì trọng lượng của vật đó so với lực đẩy nổi tác dụng lên nó như thế nào?
- Trả lờiNếu một vật nổi trên mặt nước, lực đẩy nổi tác dụng lên nó bằng trọng lượng của vật đó. Vì vậy, vật đó giữ nguyên trạng thái cân bằng mà không chìm hay nổi lên.
- Lực đẩy nổi có tác dụng lên các vật thể trong không khí không?
- Trả lờiĐúng vậy, lực đẩy nổi tác dụng lên các vật thể trong bất kỳ chất lỏng nào, kể cả không khí. Tuy nhiên, vì không khí có mật độ thấp hơn nhiều so với các chất lỏng như nước, nên lực đẩy nổi trong không khí nhỏ hơn nhiều và thường không đáng kể đối với các vật thể thông thường.
- Tại sao một số vật thể chìm trong nước trong khi những vật thể khác lại nổi?
- Trả lờiViệc một vật chìm hay nổi phụ thuộc vào mối quan hệ giữa trọng lượng của nó và lực đẩy nổi. Nếu lực đẩy nổi (do chất lỏng bị chiếm chỗ) lớn hơn trọng lượng của vật, nó sẽ nổi. Nếu trọng lượng lớn hơn, nó sẽ chìm.
- Nếu bạn lấy một quả cầu kim loại rỗng và một quả cầu kim loại đặc có cùng thể tích và chất liệu, rồi nhúng chúng vào nước, quả cầu nào sẽ chịu lực đẩy nổi lớn hơn?
- Trả lờiLực đẩy phụ thuộc vào thể tích chất lỏng bị chiếm chỗ chứ không phụ thuộc vào khối lượng của vật. Vì cả hai quả bóng đều chiếm chỗ cùng một thể tích nước, nên chúng sẽ chịu cùng một lực đẩy.
- Tại sao tàu làm bằng thép, vốn nặng hơn nước rất nhiều, lại nổi được?
- Trả lờiTàu thủy được thiết kế với các khoang rỗng lớn bên trong, điều này có nghĩa là mật độ trung bình tổng thể của chúng thấp hơn mật độ của nước. Lượng nước bị tàu chiếm chỗ tạo ra một lực nổi có thể nâng đỡ trọng lượng của tàu, cho phép nó nổi trên mặt nước.
- Nếu bạn đẩy một quả bóng nổi xuống sâu hơn trong nước rồi thả nó ra, điều gì sẽ xảy ra?
- Trả lờiNếu bạn đẩy một quả bóng nổi sâu hơn xuống nước, bạn đang làm tăng thể tích nước mà nó chiếm chỗ, điều này làm tăng lực đẩy nổi. Khi bạn thả nó ra, lực đẩy nổi tăng lên sẽ đẩy nó lên trên cho đến khi nó trở lại vị trí cân bằng.
- Lực đẩy nổi tác dụng lên một vật thể chìm trong nước sẽ thay đổi như thế nào nếu bạn di chuyển nó từ nước ngọt sang nước mặn?
- Trả lờiNước mặn có mật độ cao hơn nước ngọt. Do đó, với cùng một thể tích bị chiếm chỗ, lực đẩy nổi trong nước mặn sẽ lớn hơn trong nước ngọt. Vì vậy, một vật có thể nổi cao hơn trong nước mặn so với trong nước ngọt.
- Liệu một vật thể có thể ổn định ở một hướng (ví dụ: thẳng đứng) nhưng lại không ổn định ở hướng khác (ví dụ: nằm ngang) khi nổi trên mặt nước hay không?
- Trả lờiĐúng vậy, sự ổn định của một vật nổi phụ thuộc vào sự phân bố trọng lượng của nó so với lực đẩy nổi. Nếu trọng tâm nằm ngay phía trên tâm nổi, vật sẽ ổn định. Tuy nhiên, nếu bạn thay đổi hướng, mối quan hệ giữa các tâm có thể thay đổi, dẫn đến sự không ổn định ở hướng đó.
