MỤC TIÊU
• Thực hiện thí nghiệm khảo sát tác dụng của chất lỏng lên vật đặt trong chất lỏng, rút ra được: điều kiện định tính về vật nổi, vật chìm; định luật Acsimet (Archimedes).
TÓM TẮT KIẾN THỨC
💡 Mở đầu
Kéo một xô nước từ giếng lên (hình 15.1). Vì sao khi kéo xô nước còn chìm trong nước ta thấy nhẹ hơn khi nó đã được kéo lên khỏi mặt nước?
I. LỰC ĐẨY CỦA CHẤT LỎNG LÊN VẬT ĐẶT TRONG NÓ
🔬 Thí nghiệm 1: Để khảo sát tác dụng của chất lỏng lên các vật đặt trong nó, em hãy thực hiện thí nghiệm sau.
❖ Chuẩn bị
Lực kế, giá đỡ, khối nhôm, cốc nước, rượu (hoặc nước muối).
❖ Tiến hành
• Lắp đặt dụng cụ như hình 15.2a.
• Treo khối nhôm vào lực kế. Đọc số chỉ P của lực kế (hình 15.2a).
• Dịch chuyển từ từ sao cho khối nhôm chìm ¼, ½, ¾ và chìm hoàn toàn trong nước (không chạm đáy cốc). Ghi lại các số chỉ P1, P2, P3, P4 của lực kế.
❖ Nhận xét
• So sánh các giá trị P1, P2, P3, P4 với P, thảo luận và rút ra hướng của lực do nước tác dụng lên khối nhôm.
• Nêu nhận xét về sự thay đổi độ lớn của lực này khi thể tích phần chìm của khối nhôm tăng dần.
• Lặp lại các bước trên với rượu (hoặc nước muối).
- Trong thí nghiệm này, khi khối nhôm chìm dần trong nước, số chỉ của lực kế nhỏ hơn so với số chỉ của lực kế khi khối nhôm chưa chìm trong nước.
- Bằng nhiều thí nghiệm khác nhau, người ta đã khẳng định được rằng:
Khi một vật được đặt trong chất lỏng, nó sẽ chịu một lực hướng thẳng đứng từ dưới lên, được gọi là lực đẩy Acsimet.
- Lực đẩy của nước tác dụng lên xô nước giúp ta kéo xô nước lên nhẹ hơn hay lực đẩy của nước tác dụng lên thuyền, giúp cho thuyền nổi (hình 15.3) là những ví dụ về lực đẩy Acsimet.
🔬 Thí nghiệm 1
• So sánh các giá trị P1, P2, P3, P4 với P, thảo luận và rút ra hướng của lực do nước tác dụng lên khối nhôm.
• Nêu nhận xét về sự thay đổi độ lớn của lực này khi thể tích phần chìm của khối nhôm tăng dần.
• Lặp lại các bước trên với rượu (hoặc nước muối).
Giả sử ta sử dụng khối nhôm có khối lượng là 140 g và thể tích 50 cm3; lực kế có GHĐ: 2,5 N, ĐCNN: 0,1 N.
- Treo khối nhôm vào lực kế. Đọc số chỉ P của lực kế: P = 1,4 N.
- Dịch chuyển từ từ khối nhôm để nó chìm hoàn toàn trong nước. Theo dõi sự thay đổi số chỉ của lực kế. Giữ lực kế sao cho khối nhôm chưa chạm đáy. Đọc số chỉ P1 của lực kế: P1 = 0,9 N.
- So sánh các giá trị P và P1: Ta thấy P > P1. Hướng của lực do nước tác dụng lên khối nhôm theo phương thẳng đứng chiều từ dưới lên trên.
- Nhận xét: Khi thể tích phần chìm của khối nhôm tăng dần thì lực do nước tác dụng lên khối nhôm tăng dần.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
1. Em hãy trả lời câu hỏi ở phần mở đầu bài học.
Kéo một xô nước từ giếng lên (hình 15.1). Vì sao khi kéo xô nước còn chìm trong nước ta thấy nhẹ hơn khi nó đã được kéo lên khỏi mặt nước?
Khi xô nước còn chìm trong nước ta thấy nhẹ hơn khi nó đã được kéo lên khỏi mặt nước vì khi vật ở trong nước thì nước đã tác dụng một lực đẩy lên vật lớn hơn lực đẩy của không khí tác dụng lên vật khi vật đã lên khỏi mặt nước.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
2. Nêu ví dụ về lực đẩy Acsimet trong thực tế.
Ví dụ về lực đẩy Acsimet trong thực tế:
- Con người có thể nổi trên mặt nước và bơi.
- Tàu thuyền di chuyển trên sông, biển.
🔬 Thí nghiệm 2: Để tìm hiểu độ lớn của lực đẩy Acsimet, em hãy làm thí nghiệm dưới đây.
❖ Chuẩn bị
Lực kế, giá đỡ, khối nhôm, hai chiếc cốc, bình tràn, nước, rượu (hoặc nước muối).
❖ Tiến hành
1. Lắp đặt dụng cụ như hình 15.5a, đổ đầy nước vào bình tràn, treo cốc A chưa đựng nước và khối nhôm vào lực kế. Đọc số chỉ P1 của lực kế.
2. Nhúng khối nhôm vào bình tràn để khối nhôm chìm ½ trong nước, nước từ bình tràn chảy vào cốc B (hình 15.5b). Sau đó, điều chỉnh giá đỡ để nâng khối nhôm lên khỏi nước.
3. Đổ nước từ cốc B vào cốc A (hình 15.5c) và điều chỉnh khối nhôm chìm trong nước. Đọc số chỉ P2 của lực kế.
4. So sánh P2 với P1.
5. Lặp lại các bước từ 1 đến 4 khi nhúng khối nhôm chìm hoàn toàn trong nước.
6. Rút ra nhận xét về mối liên hệ giữa độ lớn của lực đẩy Acsimet và trọng lượng phần nước bị khối nhôm chiếm chỗ.
7. Lặp lại các bước từ 1 đến 6 với rượu hoặc nước muối.
- Kết quả thí nghiệm trên cho thấy lực đẩy Acsimet mà chất lỏng tác dụng lên khối nhôm có độ lớn bằng trọng lượng nước chảy từ bình tràn vào cốc B (do bị khối nhôm chiếm chỗ).
- Bằng nhiều thí nghiệm khác nhau, người ta đã khẳng định được rằng:
• Lực đẩy Acsimet mà chất lỏng tác dụng lên vật đặt trong nó có độ lớn bằng trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
• Độ lớn của lực Acsimet được tính bằng:
FA = d.V• Trong đó, d là trọng lượng riêng của chất lỏng (đơn vị N/m3), V là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (đơn vị m3).
Đó cũng là nội dung của định luật Acsimet.
🔬 Thí nghiệm 2
- Khi các em làm theo các bước 1, 2, 3 ta thu được các giá trị P1, P2, P3.
- So sánh số chỉ ta thấy: P1 = P3.
- Lặp lại các bước thí nghiệm trên khi nhúng khối nhôm chìm hoàn toàn trong nước. Ta cũng thu được số chỉ của lực kế khi đổ nước từ cốc B vào cốc A với số chỉ của lực kế khi khối nhôm chưa được nhúng chìm trong nước.
- Nhận xét về mối liên hệ giữa độ lớn của lực đẩy Acsimet và thể tích phần chìm trong nước của khối nhôm: Thể tích phần chìm trong nước của khối nhôm càng lớn thì lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật càng lớn.
- Lặp lại các bước các bước từ 1 đến 6 với rượu hoặc nước muối: Ta cũng thu được kết quả tương tự.
📝 Luyện tập
1. Mô tả lực đẩy Acsimet tác dụng vào vật đặt trong chất lỏng ở hình 15.4.
- Điểm đặt: tại vật.
- Phương: thẳng đứng.
- Chiều: từ dưới lên trên.
- Độ lớn: FA = d.V
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
3. Trong trường hợp nào sau đây, nhấn vật xuống đáy bể nước dễ dàng hơn?
• Nhấn một chai nhựa rỗng có thể tích 500 ml được nút kín.
• Nhấn một chai nhựa rỗng có thể tích 5 lít được nút kín.
Lực đẩy Acsimet FA = d.V nên thể tích càng lớn thì lực đẩy Acsimet càng lớn.
Nhấn một chai nhựa rỗng có thể tích 500 mL được nút kín dễ hơn nhấn một chai nhựa rỗng có thể tích 5 L được nút kín vì lực đẩy Acsimet tác dụng lên chai nhựa rỗng có thể tích 500 mL nhỏ hơn lực đẩy Acsimet tác dụng lên chai nhựa rỗng có thể tích 5 L.
📝 Luyện tập
2. Thả vào trong nước hai vật hình hộp có kích thước giống nhau, một vật bằng gỗ và một vật bằng sắt (hình 15.6). So sánh lực đẩy Acsimet tác dụng lên hai vật.
- Ở Hình 15.6 a, ta thấy vật bằng gỗ nổi lên mặt nước, chứng tỏ FA > Pgỗ làm vật nổi lên. Khi vật nổi trên mặt nước và đạt trạng thái cân bằng thì: FA = Pgỗ.
- Ở Hình 15.6 b, ta thấy vật bằng sắt chìm hoàn toàn trong nước (nằm ở đáy cốc), chứng tỏ FA < Psắt làm vật chìm xuống.
- Vật chìm hoàn toàn trong nước sẽ chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet lớn hơn vật không chìm hoàn toàn trong nước.
🕵️♀️ Em có biết
Lực đẩy Acsimet không chỉ xuất hiện trong chất lỏng mà còn xuất hiện trong chất khí. Lực đẩy Acsimet của chất khí giúp nâng khinh khí cầu lên cao.
II. ĐIỀU KIỆN ĐỊNH TÍNH ĐỂ MỘT VẬT NỔI HAY CHÌM TRONG MỘT CHẤT LỎNG
🔬 Thí nghiệm 3: Để rút ra điều kiện định tính về một vật nổi hay chìm trong chất lỏng, em hãy tiến hành thí nghiệm sau đây.
❖ Chuẩn bị
Cốc nước, miếng sắt, miếng nhôm, khối gỗ, viên nước đá, vài giọt dầu ăn.
❖ Tiến hành
• Lần lượt thả miếng sắt, miếng nhôm, khối gỗ, viên nước đá, giọt dầu ăn vào cốc nước.
• Quan sát và rút ra nhận xét vật nào nổi và vật nào chìm trong nước.
Dựa vào bảng 14.1, rút ra mối liên hệ giữa khối lượng riêng của nước với khối lượng riêng của vật nổi, vật chìm.
Nếu thả vật vào trong chất lỏng thì:
• Vật nổi lên khi khối lượng riêng của vật nhỏ hơn khối lượng riêng của chất lỏng.
• Vật lơ lửng trong chất lỏng khi khối lượng riêng của vật bằng khối lượng riêng của chất lỏng.
• Vật chìm xuống khi khối lượng riêng của vật lớn hơn khối lượng riêng của chất lỏng.
🔬 Thí nghiệm 3
• Lần lượt thả miếng sắt, miếng nhôm, khối gỗ, viên nước đá, giọt dầu ăn vào cốc nước.
• Quan sát và rút ra nhận xét vật nào nổi và vật nào chìm trong nước.
Dựa vào bảng 14.1, rút ra mối liên hệ giữa khối lượng riêng của nước với khối lượng riêng của vật nổi, vật chìm.
- Kết quả thí nghiệm cho thấy:
+ Các vật nổi: khối gỗ, viên nước đá, dầu ăn.
+ Các vật chìm: miếng nhựa, miếng sắt, miếng nhôm.
- Các vật nổi có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, các vật chìm có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của nước.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
4. Vì sao một khúc gỗ lớn nổi được trong nước trong khi một viên bi thép nhỏ hơn nhiều lại bị chìm trong nước?
Một khúc gỗ lớn nổi được trong nước vì trọng lượng của khúc gỗ nhỏ hơn lực đẩy Acsimet của nước tác dụng lên khúc gỗ, còn trọng lượng của viên bi thép lớn hơn lực đẩy Acsimet của nước tác dụng lên viên bi nên nó chìm.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
5. Thả một miếng đất nặn vào nước thì bị chìm (hình 15.7a). Vì sao với cùng lượng đất nặn ấy được nặn thành vật như hình 15.7b thì lại nổi trên nước?
Khi miếng đất nặn được nặn thành vật như hình 15.7b (kiểu dạng như chiếc thuyền) thì thể tích của nó chìm trong nước tăng lên dẫn đến lực đẩy Acsimet tăng lên, khi đó lực đẩy Acsimet lớn hơn trọng lượng của vật dẫn đến vật nổi trên nước.
⚙️ Vận dụng
Chứng minh rằng khi thả một khối đặc trong chất lỏng thì:
• Vật chìm xuống nếu trọng lượng riêng của nó lớn hơn trọng lượng riêng của chất lỏng.
• Vật nổi lên nếu trọng lượng riêng của nó nhỏ hơn trọng lượng riêng của chất lỏng.
Khi một vật nhúng ngập vào trong chất lỏng thì:
Trọng lượng của vật được tính bằng: P = dv.V (trong đó dv là trọng lượng riêng của chất làm vật, V là thể tích của vật) và FA = .V (trong đó dl là trọng lượng riêng của chất lỏng).
- Vật sẽ chìm xuống khi P > FA .
- Vật sẽ nổi lên trên mặt chất lỏng khi P < FA .
🕵️♀️ Em có biết
Trên tàu ngầm có nhiều khoang kín chứa nước. Có thể dùng máy bơm để bơm nước vào các khoang này hoặc đẩy bớt nước ra để làm thay đổi trọng lượng của tàu, giúp cho tàu có thể chìm xuống hay nổi lên.
🔑 Kiến thức cốt lõi
• Định luật Acsimet: Chất lỏng tác dụng lên vật đặt trong nó một lực đẩy hướng thẳng đứng lên trên (lực đẩy Acsimet), có độ lớn bằng trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
FA = d.V• Khi thả một vật trong chất lỏng, vật sẽ nổi lên nếu khối lượng riêng của vật nhỏ hơn khối lượng riêng của chất lỏng, vật sẽ chìm xuống nếu khối lượng riêng của vật lớn hơn khối lượng riêng của chất lỏng.
BÀI TẬP
Đang cập nhật
