Bài 17. Lực đẩy Archimedes

Mọi vật đều chịu tác dụng của trọng lực. Khi vật được đặt trong chất lỏng, ngoài trọng lực còn có một lực do chất lỏng tác dụng lên vật theo hướng từ dưới lên trên. Lực này được gọi là lực đẩy Archimedes.

Lực đẩy Archimedes tác dụng lên mọi vật đặt trong lòng chất lỏng. Nếu lực đẩy Archimedes nhỏ hơn trọng lượng của vật thì vật có xu hướng chìm xuống; nếu lực đẩy Archimedes lớn hơn trọng lượng của vật thì vật có xu hướng nổi lên.

Trong bài học, viên bi và ốc vít kim loại chìm xuống vì trọng lực tác dụng lên chúng lớn hơn lực đẩy Archimedes, còn miếng xốp nổi lên vì lực đẩy Archimedes lớn hơn trọng lực tác dụng lên miếng xốp.

Khi một vật được nhấn dần vào nước, phần thể tích của vật chìm trong nước tăng lên nên lực đẩy Archimedes tăng lên. Khi vật đã chìm hoàn toàn và thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ không đổi, lực đẩy Archimedes không tăng thêm nếu các điều kiện khác không đổi.

Một số loài cá có thể thay đổi thể tích cơ thể nhờ bong bóng khí. Khi bong bóng khí nhỏ lại, thể tích giảm và lực đẩy Archimedes giảm nên cá chìm xuống; khi bong bóng khí nở ra, thể tích tăng và lực đẩy Archimedes tăng nên cá nổi lên.

1. Thí nghiệm khảo sát

Thí nghiệm sử dụng lực kế, cân điện tử, quả nặng, bình tràn, ống đong và giá thí nghiệm. Quả nặng được treo vào lực kế rồi nhúng dần vào bình tràn chứa đầy chất lỏng. Phần chất lỏng tràn ra được thu lại để xác định thể tích và trọng lượng.

Qua việc so sánh lực đẩy Archimedes với trọng lượng của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ, có thể rút ra kết luận về độ lớn của lực đẩy.

2. Định luật Archimedes

Một vật đặt trong chất lỏng chịu tác dụng một lực đẩy hướng thẳng đứng từ dưới lên trên. Độ lớn của lực đẩy Archimedes được tính bằng: \(F_A=dV\)

Trong đó:

• • • \(F_A\) là lực đẩy Archimedes;
    • \(d\) là trọng lượng riêng của chất lỏng, đơn vị N/m³;
    • \(V\) là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

Như vậy, lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

Gọi \(P\) là trọng lượng của vật và \(F_A\) là lực đẩy Archimedes:

• • Vật chìm xuống khi \(F_A\lt P\).
  • Vật nổi lên khi \(F_A\gt P\).

Bài học cũng nêu mối liên hệ theo trọng lượng riêng:

• • Một vật sẽ chìm xuống chất lỏng nếu trọng lượng riêng của vật lớn hơn trọng lượng riêng của chất lỏng.
  • Một vật sẽ nổi lên nếu trọng lượng riêng của vật nhỏ hơn trọng lượng riêng của chất lỏng.

Vì vậy, cùng một vật nhưng khi thay đổi hình dạng làm thay đổi thể tích phần chất lỏng bị chiếm chỗ thì lực đẩy Archimedes cũng thay đổi, dẫn tới khả năng vật có thể chìm hoặc nổi.

• Chất lỏng tác dụng lên vật đặt trong nó một lực đẩy hướng thẳng đứng từ dưới lên trên, gọi là lực đẩy Archimedes.
• Định luật Archimedes: \(F_A=dV\), trong đó \(d\) là trọng lượng riêng của chất lỏng và \(V\) là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
• Vật chìm khi \(F_A\lt P\), nổi lên khi \(F_A\gt P\).
• Có thể dự đoán trạng thái nổi, chìm bằng cách so sánh trọng lượng riêng của vật với trọng lượng riêng của chất lỏng.