Vật lý · 2. Lực và chất lưu
Lực đẩy Ác-si-mét và khối lượng riêng
Khảo sát lực đẩy của chất lỏng và điều kiện vật nổi, chìm hoặc lơ lửng.
Câu hỏi dẫn đường
Vì sao một tàu thép có thể nổi trong khi một viên thép đặc lại chìm?
Phạm vi chương trình
GDPT 2018 và Cambridge: khối lượng riêng, áp suất chất lỏng và lực đẩy.
Phạm vi và giới hạn mô hình
Mô hình chất lỏng đứng yên, khối lượng riêng đồng nhất và lấy g không đổi trong một lần đo.
Mục tiêu học tập
- Xác định các đại lượng ảnh hưởng đến lực đẩy.
- Dùng Fᵦ = ρgV để dự đoán và kiểm tra kết quả.
- Phân biệt khối lượng, trọng lượng và trọng lượng biểu kiến.
Kiến thức cần biết trước
- Khối lượng riêng ρ = m/V
- Trọng lượng P = mg
Kiến thức trọng tâm
Độ lớn lực đẩy
Lực đẩy bằng trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ: Fᵦ = ρchất lỏng·g·Vchìm.
Trọng lượng biểu kiến
Khi vật đứng yên trong chất lỏng: Pbiểu kiến = mg − Fᵦ.
Nổi hay chìm
So sánh khối lượng riêng trung bình của vật với chất lỏng; hình dạng có thể làm thay đổi thể tích nước bị chiếm chỗ.
Ví dụ mẫu có giải thích
Trong nước, Vchìm = 1,50×10⁻³ m³ và g = 9,8 m/s² cho Fᵦ = 1000×9,8×1,50×10⁻³ = 14,7 N.
Ngộ nhận cần tránh
- Trong chất lỏng đồng nhất, lực đẩy của vật chìm hoàn toàn không tăng chỉ vì đặt sâu hơn.
- Vật nổi khi lực đẩy cân bằng trọng lượng; lực đẩy không tiếp tục lớn hơn trọng lượng ở trạng thái cân bằng.
Quy trình thí nghiệm mô phỏng: Lực đẩy Ác-si-mét
- Giữ nguyên chất lỏng và g; thay đổi thể tích chìm theo các bước bằng nhau.
- Ghi lực đẩy và thể tích chìm ít nhất 5 lần.
- Đổi loại chất lỏng rồi lặp lại để so sánh độ dốc đồ thị Fᵦ–V.
An toàn và lưu ý
- Mô phỏng bỏ qua sóng, sức căng bề mặt và độ nhớt.
- Trong thí nghiệm thật, lau ngay nước tràn và không treo vật quá tải lực kế.
Bằng chứng cần thu thập
- Bảng Vchìm–Fᵦ có đơn vị và ít nhất năm lần đo.
- Đồ thị và nhận xét độ dốc thay đổi theo khối lượng riêng chất lỏng.
Kiểm tra đầu vào
1. Lực đẩy tác dụng lên vật chìm phụ thuộc trực tiếp vào đại lượng nào?
Xem đáp án và giải thích
Đáp án đúng: Khối lượng riêng chất lỏng và thể tích chìm
Trong chất lỏng đồng nhất, Fᵦ = ρgV và không phụ thuộc trực tiếp vào độ sâu.
2. Đơn vị SI của khối lượng riêng là gì?
Xem đáp án và giải thích
Đáp án đúng: kg/m³
Khối lượng riêng là khối lượng trên một đơn vị thể tích: kg/m³.
3. Muốn kiểm tra ảnh hưởng của thể tích chìm, cần giữ đại lượng nào không đổi?
Xem đáp án và giải thích
Đáp án đúng: Loại chất lỏng và g
Một phép thử công bằng chỉ thay đổi biến độc lập là thể tích chìm.
Luyện tập vận dụng
1. Nước có ρ = 1000 kg/m³, g = 9,8 m/s². Vật chiếm chỗ 0,002 m³ nước. Lực đẩy bằng bao nhiêu?
Xem đáp án và giải thích
Đáp án đúng: 19,6 N
Fᵦ = 1000 × 9,8 × 0,002 = 19,6 N.
2. Nếu tăng gấp đôi thể tích chìm trong cùng chất lỏng thì lực đẩy lý tưởng thay đổi thế nào?
Xem đáp án và giải thích
Đáp án đúng: Tăng gấp đôi
Fᵦ tỉ lệ thuận với V khi ρ và g không đổi.
3. Vật nặng 30 N chịu lực đẩy 12 N. Lực kế treo vật chỉ bao nhiêu?
Xem đáp án và giải thích
Đáp án đúng: 18 N
Trọng lượng biểu kiến = 30 − 12 = 18 N.
Nguồn kiểm tra chuyên môn
Nội dung được duy trì theo các nguồn trích dẫn bên dưới. Mô phỏng là mô hình học tập và không thay thế quy trình an toàn của phòng thí nghiệm thực.
- Đơn vị xuất bản nội dung
- WebLab STEM
- Phụ trách kỹ thuật
- Đức Tiến — Kỹ sư Điều khiển và Tự động hóa