Bài 17: Lực đẩy Archimedes

1. Kiến thức trọng tâm

Khi nhúng một vật vào chất lỏng, vật chịu tác dụng của một lực đẩy hướng thẳng đứng lên trên, gọi là lực đẩy Archimedes. Lực đẩy này có độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ. Công thức tính lực đẩy Archimedes: $F_A = d \times V$, trong đó $d$ là trọng lượng riêng của chất lỏng (N/$m^3$), $V$ là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ ($m^3$).

Lực đẩy Archimedes giải thích vì sao vật nhẹ hơn khi ở trong nước và vì sao tàu thuyền nổi được trên mặt nước. Khi vật chìm hoàn toàn, thể tích chất lỏng bị chiếm chỗ bằng thể tích của vật. Khi vật nổi một phần, thể tích chất lỏng bị chiếm chỗ bằng thể tích phần vật chìm trong chất lỏng.

Một vật nhúng trong chất lỏng sẽ nổi, lơ lửng hay chìm tùy thuộc vào so sánh giữa trọng lượng của vật và lực đẩy Archimedes. Nếu trọng lượng lớn hơn lực đẩy, vật chìm xuống; nếu trọng lượng nhỏ hơn lực đẩy, vật nổi lên; nếu hai lực bằng nhau, vật lơ lửng. Đây là cơ sở để thiết kế tàu ngầm, khinh khí cầu và phao cứu sinh.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ: Một khối kim loại có thể tích $0,002 , m^3$ được nhúng chìm hoàn toàn trong nước có trọng lượng riêng $10000 , N/m^3$. Lực đẩy Archimedes tác dụng lên khối kim loại là $F_A = 10000 \times 0,002 = 20$ N. Nếu khối kim loại nặng 50 N, khi nhúng vào nước, lực kế chỉ còn $50 - 20 = 30$ N, nghĩa là vật nhẹ đi 20 N trong nước. Thí nghiệm này có thể kiểm chứng bằng cách treo vật vào lực kế rồi nhúng từ từ vào nước.

3. Ghi nhớ

• Lực đẩy Archimedes hướng thẳng đứng lên trên, $F_A = d \times V$.
• $F_A$ bằng trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
• Vật nổi khi P < F_A, lơ lửng khi $P = F_A$, chìm khi P > F_A.