Tổng hợp kiến thức lực đẩy ác si mét (archimedes) & bài tập thực hành (Vật lý 8)

Lực đẩy ác si mét là gì? 

Lực đẩy Archimedes (hay được đọc là lực đẩy đẩy ác-si-mét) là lực xuất hiện nhiều trong hoạt động sống, sinh hoạt hàng ngày của con người.

Định nghĩa 

Trước khi tìm hiểu về định nghĩa lực đẩy ác si mét, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về người đã tìm ra lực này - Archimedes. Archimedes là một nhà một nhà toán học, nhà vật lý, nhà phát minh, kỹ sư và là một nhà thiên văn học người Hy Lạp. Rất ít những chi tiết về cuộc đời của ông được biết và ghi lại nhưng ông vẫn được coi là một trong những nhà khoa học hàng đầu của thời kỳ cổ đại.

Nhà bác học Ác-si-mét đã phát hiện ra rằng: khi con người chìm trong nước càng nhiều thì lực đẩy lại sẽ càng lớn, nghĩa là, phần thể tích nước bị người chiếm chỗ càng lớn thì lực đẩy của nước lên người sẽ càng mạnh. Thông qua nghiên cứu, ông đã tìm ra được định nghĩa về lực đẩy.

Lực đẩy Archimedes (hay được viết là lực đẩy đẩy ác-si-mét) là lực tác động bởi một chất lưu (có thể là chất lỏng hay chất khí) lên một vật thể nhúng trong nó khi cả hệ thống nằm trong một trường lực của Vật lý học (trọng trường hay lực quán tính). 

Lực vật lý học này có cùng độ lớn và ngược hướng với tổng lực mà trường lực tác dụng lên phần chất lưu (chất lỏng hoặc chất khí) có thể tích bằng thể tích vật thể chiếm chỗ trong chất này. Một vài ví dụ điển hình về lực đẩy Archimedes chính là giúp thuyền và khí cầu nổi lên, hay là cơ chế hoạt động của sự chìm nổi của tàu ngầm hay cá, và đóng vai trò trong sự đối lưu của chất lưu.

Ký hiệu và đơn vị đo của lực đẩy ác si mét 

• Kí hiệu của lực đẩy ác si mét là FA

• Đơn vị đo của lực đẩy ác si mét là Niu tơn, kí hiệu N

Đặc điểm của lực đẩy ác si mét 

• Lực đẩy ác si mét sẽ xuất hiện khi nhúng một vật thể vào trong chất lưu (chất khí hoặc chất lỏng), khi cả hệ thống nằm trong một trường lực của Vật lý học (trọng trường hay lực quán tính). 

• Lực đẩy ác-si-mét cùng phương và ngược hướng với trọng lực

• Lực đẩy ác-si-mét sẽ quyết định đến sự chìm hay nổi của một vật.

Độ lớn lực đẩy ác si mét 

Dự đoán độ lớn của lực đẩy ác si mét 

Theo phát hiện của nhà bác học người Hy Lạp Archimedes: khi con người chìm trong nước càng nhiều thì lực đẩy sẽ càng lớn, có nghĩa là phần thể tích nước bị người chiếm chỗ càng lớn thì lực đẩy của nước lên cơ thể người sẽ càng mạnh.

=> Dự đoán độ lớn của lực đẩy lên vật được nhúng trong chất lỏng sẽ bằng với trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

Thí nghiệm chứng minh 

Chuẩn bị thí nghiệm:

• Cốc chứa A và cốc chứa B

• Bình tràn

• Lực kế

• Vật nặng

Thực hiện thí nghiệm:

• Ghi số chỉ của lực kế khi treo vật nặng vào cốc chứa A. Ta có số chỉ của lực kế là P.                                                                                                  

• Tiếp đó nhúng ngập vật nặng vào bình tràn, nước tràn được chứa trong cốc B. Ta có số chỉ của lực kế lúc này là P1

• Đổ nước của cốc chứa B vào cốc chứa A. Ta có số chỉ của lực kế là P.

Nhận xét:

• Giá trị P1 < P: vì có lực đẩy Ác - si - mét tác dụng lên vật nặng.

• Giá trị của lực đẩy Ác - si - mét.

Theo lý thuyết => FA = P - P1 (1)

Khi đổ nước ở cốc chứa B vào cốc chứa A ta có:

P1 + FA = P (2)

=> Trọng lượng nước ở cốc chứa B là giá trị của lực đẩy Ác-si-mét

Từ (1) và (2) => dự đoán trên về độ lớn của lực đẩy Ác -si - mét là đúng.

Kết luận độ lớn lực đẩy ác-si-mét

• Độ lớn lực đẩy ác si mét phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chất lỏng và thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ. 

• Độ lớn của lực đẩy ác si mét luôn bằng trọng lượng của vật.

Sự nổi

Nếu thả một vật ở trong lòng chất lỏng sẽ có ba trường hợp xảy ra như sau

• FA < P : Vật chìm xuống khi lực đẩy acsimet nhỏ hơn trọng lượng.

• FA > P : Vật sẽ nổi và dừng nổi khi FA = P.

• FA = P : Vật lơ lửng trong chất lỏng (hoặc trên mặt thoáng).

Có thể hiểu một cách khác, khi trọng lượng riêng tổng hợp của vật nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước thì vật sẽ nổi. Điều này cũng có thể lý giải vì sao so với kim loại, tàu to và nặng hơn gấp nhiều lần nhưng vẫn có thể nổi trên mặt nước.

Kim loại tuy nhẹ nhưng thể tích chiếm nước nhỏ nên trọng lượng riêng sẽ lớn, còn tàu có thể tích chiếm nước rất lớn do đó trọng lượng riêng tổng hợp của nó sẽ nhỏ nên tàu sẽ nổi.

Tuy nhiên, trọng lượng của tàu luôn thay đổi cho nên trọng lượng riêng tổng hợp cũng luôn thay đổi theo. Khi chất hàng vào tàu, tàu sẽ chìm dần ứng với công thức phía trên. Nếu chất quá nhiều hàng sẽ làm cho tàu chìm đến mức mà nước có thể tràn vào chiếm chỗ các không gian trong các kết cấu vỏ rỗng, các khoang hay các két. 

Điều này sẽ vừa làm tăng trọng lượng tàu, vừa làm giảm thể tích chiếm nước dẫn tới trọng lượng riêng tổng hợp sẽ tăng và giá trị này lớn hơn trọng lượng riêng của nước và tàu sẽ chìm. Tất cả các phân tích trên đây chỉ đúng khi đảm bảo giả thuyết tàu ổn định và không bị nghiêng.

Công thức tính lực đẩy ác-si-mét

Lực đẩy ác-si-mét có công thức tính như sau:

Trong đó:

• FA : Lực đẩy Acsimet (N)
• D: Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m2)
• V: Thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m3)

Chú ý:

V là thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ, nghĩa là thể tích phần chìm của vật chứ không phải là thể tích của vật, các em cần lưu ý chỗ này để tránh bị nhầm lẫn.

Để tính được phần chìm của vật, ta dựa vào các trường hợp sau: 

• Nếu trong đề cho biết Vnổi => Vchìm = Vvật - Vnổi

• Nếu trong để cho biết độ cao h phần chìm của vật (có hình dạng đặc biệt) => Vchìm = Sđáy.h

• Nếu trong đề cho biết vật bị chìm hoàn toàn trong chất lỏng => Vchìm = Vvật

Xem thêm: Áp suất khí quyển là gì? Công thức tính áp suất khí quyển | Vật lý lớp 8

Ứng dụng lực đẩy ác si mét trong đời sống 

Một số ứng dụng lực đẩy ác si mét trong đời sống mà chúng ta dễ dàng nhìn thấy được như:

• Ứng dụng trong thiết kế tàu, thuyền

Đây chính là ứng dụng nổi bật nhất của lực đẩy ác-si-mét. Các nhà thiết kế đã áp dụng lực đẩy ác-si-mét như sau: khi chế tạo một con tàu, họ tạo ra các khoảng trống lớn để giúp tăng thể tích cho tàu, nhờ đó mà có thể khiến tàu thuyền di chuyển dễ dàng trên bề mặt nước.

Điều này cũng giải thích cho câu hỏi vì sao tàu thuyền có trọng tải rất lớn nhưng lại không bị chìm khi chúng đi trên mặt nước. 

• Ứng dụng trong sản xuất khinh khí cầu

Trong môi trường không khí, người ta đã áp dụng lực đẩy ác-si-mét để sản xuất khinh khí cầu. Để khinh khí cầu có thể bay lên trên cao, người ta sẽ dùng lửa đốt để giúp tăng thể tích không khí bên trong khinh khí cầu. Quá trình giãn nở này sẽ giúp tăng thể tích để tăng lực đẩy. Đồng thời sẽ làm giảm khối lượng riêng của khinh khí cầu.

Vì vậy mà người ta sử dụng khí heli trong trường hợp này. 

• Sự nổi của cá nhờ lực đẩy ác-si-mét

Trong môi trường tự nhiên, các loài cá có thể điều chỉnh khả năng lặn hay nổi của chúng là do một phần có cấu tạo cơ thể chứa một bong bóng lớn, đó cũng chính là nguyên lý của lực đẩy acsimet.

Nghĩa là, nếu cá muốn nổi thì bong bóng sẽ căng lên để tăng thể tích làm cho lực đẩy tăng lên, giúp cho cá nổi cao hơn một cách dễ dàng và ngược lại, cá sẽ lặn khi bong bóng co lại để giảm thể tích làm cho lực đẩy giảm. 

Giải bài tập vật lý 8 lực đẩy ác si mét 

Câu 1: Lực đẩy Ác-si-mét phụ thuộc vào? 

A. Trọng lượng riêng của chất lỏng và của vật.

B. Trọng lượng riêng của chất lỏng và thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

C. Trọng lượng riêng và của vật. 

D.  Trọng lượng của vật và thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

Câu 2: Trong các câu sau, câu nào đúng?

A. Lực đẩy Ac si met cùng chiều với trọng lực.

B. Lực đẩy Ac si met tác dụng theo mọi phương vì chất lỏng gây áp suất theo mọi phương.

C. Lực đẩy Acsimet có điểm đặt ở vật.

D. Lực đẩy Ac si met luôn có độ lớn bằng trọng lượng của vật.

Câu 3: Một thỏi nhôm và một thỏi thép có thể tích bằng nhau cùng được nhúng chìm trong nước. Nhận xét nào sau đây là đúng?

A. Thỏi nào nằm sâu hơn thì lực đẩy Ác si mét tác dụng lên thỏi đó lớn hơn.

B. Thép có trọng lượng riêng lớn hơn nhôm nên thỏi thép chịu tác dụng của lực đẩy Ác si mét lớn hơn.

C. Hai thỏi nhôm và thép đều chịu tác dụng của lực đẩy Ác si mét như nhau vì chúng cùng khối lượng.

D. Hai thỏi nhôm và thép đều chịu tác dụng của lực đẩy Ác si mét như nhau vì chúng chiếm thể tích trong nước như nhau.

Câu 4: Ba quả cầu bằng thép nhúng trong nước (H.10.1). Hỏi lực Ác – si –mét tác dụng lên quả cầu nào lớn nhất? Hãy chọn câu trả lời đúng.

1. Quả 1, vì nó nhỏ nhất

2. Quả 2, vì nó lớn nhất

3. Quả 3, vì nó ở sâu nhất

4. Bằng nhau vì đều bằng thép, và đều được nhúng trong nước

Câu 5: Lực đẩy ác si mét tác dụng lên một vật nhúng trong chất lỏng bằng:

1. Trọng lượng của vật

2. Trọng lượng của chất lỏng

3. Trọng lượng của phần vật nằm dưới mặt chất lỏng

4. Trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ

ĐÁP ÁN:

Câu 1: B

Câu 2: C

Câu 3: D

Câu 4: B

Câu 5: D

Bài viết trên đã tổng hợp tất cả những kiến thức về lực đẩy ác-si-mét mà các em sẽ được học trong chương trình vật lý 8. Hy vọng rằng, thông qua bài viết này, các em đã hiểu được định nghĩa về lực đẩy ác si mét cũng như cách tính và ứng dụng của nó trong đời sống. Cảm ơn các em đã đón đọc bài viết này.