Giải Lí 8: Bài 12. Sự nổi
Bài 12. Sự Nôì A. KIẾN THỨC CẦN NAM vững Thả một vật vào chất lỏng thì: + Vật chìm xuống khi trọng lượng p của vật lớn hơn lực đẩy Ác- si-mét F: p > F + Vật nổi lên khi: p < F + Vật lo' lửng trong chất lỏng khi: p = F. Khi vật nổi lên trên mặt chất lỏng thì lực đấy Ác-si-mét: V' F = d.V' trong đó < : thể tích của phần vật chìm trong chất lỏng, không phải là thể tích V của vật (V' < V) : trọng lượng riêng của chất lỏng Chú ý là trọng lượng của vật trong không khí là p, thả vật vào chất lỏng vật chịu lực đẩy Ác-si-mét, trong lượng vật trong chất lỏng gọi là trong lượng riêng biếu kiến P'. Ta có P' = p - F. B. TRẢ LỜI CÂU HỎI ĐIỂU KIỆN ĐỂ VẬT NỔI, VẬT CHÌM Cl. Một vật ở trong lòng chất lỏng chịu tác dụng của những lực nào, phương và chiều cúa chúng có giông nhau không? Trả lời Vật nằm trong chất lỏng chịu tác dụng của lực đẩy Ácsimét và trọng lực p. Hai lực này đều có phương thẳng đứng, trong đó lực đấy Ácsimét có chiều từ dưới lên trên còn trọng lực có chiều từ trên xuống dưới. C2. Có thế xảy ra 3 trường hợp sau đây đối với trọng lượng p của vật và độ lớn Fa của lực đẩy Ácsimét: 0 0 0 a) p > Fa b) p = Fa c) p < Fa Hãy vẽ các vectơ lực tương ứng với 3 trường hợp trên vào hình vẽ trên và chọn cụm từ thích hợp trong số các cụm từ sau đây cho các chỗ trông trong các câu trong hình vẽ: Chuyển động lên trên: (Nối lên mặt thoáng) Chuyển động xuống dưới: (Chìm xuống đáy bình) Đứng yên: (Lơ lửng trong chát lỏng). a) p > FA Vật chìm xuống đáy bình Trả lời 1’ b) p = Fa Vật lơ lửng trong chất lỏng 11’ c) p < Fa Vật nổi lẽn mặt thoáng. ĐỘ LỚN CỦA Lực ĐẤY ÁCSIMÉT KHI VẬT Nổi TRÊN MẶT THOÁNG CỦA CHAT LỎNG C3. Tại sao miếng gỗ thả vào nước lại nổi? Trả lời Do trọng lượng riêng của gỗ nhỏ hơn so với trọng lượng riêng của nước nên khi thà miếng gỗ vào nước nó sẽ nổi. C4. Khi miếng gỗ nổi trên mặt nước, trọng lượng p của nó và lực đẩy Ác-si-mét có bằng nhau không? Tại sao? Trả lời Khi miếng gỗ nối trên mặt nước, trọng lượng p của nó và lực đấy Ác-si-mét bằng nhau. Miếng gỗ nối và đứng yên trên mặt nước nghĩa là trọng lực p và lực đẩy Ác-si-mét cân bằng nhau. C5. Trong hình vẽ bên. Độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét được tính bằng biểu thức: Fa = d.v, Trong đó d là trọng lượng riêng của chất lỏng, còn V là gì? Trong các câu trả lời sau đây, câu nào là không đúng? V là thể tích của phần nước bị miếng gỗ chiếm chỗ V là thế tích của cả miếng gỗ c. V là thế tích của phần miếng gỗ chìm trong nước D. V là thế’ tích được gạch chéo. Trả lòi Chọn đáp án B. V là thế tích của cả miếng gỗ. VẬN DỤNG C6. Biết p = dy. V (trong đó dv là trọng lượng riêng của chất làm vật. V là thề’ tích của vật) và FA = dj. V (trong đó di là trọng lượng riêng cúa chát lỏng), hãy chứng minh rằng nếu vật là một khối đặc nhúng ngập vào trong chất lỏng thì: Vật sẽ chìm xucmg khi: dy > di Vật sẽ lo lửng trong chất lỏng khi: dv = di Vật sẽ nôi lên mặt chất lỏng khi: dv < d] Trả lời So sánh trọng lượng của vật và lực đẩy Ác-si-mét do chất lỏng tác dụng lên vật: p = dy.v và F = di.v. Nếu: dv > di thì p > F: Vật sẽ chìm xuông dv = di thì p = F: Vật sẽ lơ lửng trong chất lỏng. dv < di thì p < F: Vật sẽ nổi lên mặì, chât lòng. C7. Hãy giúp Bình trả lời An trong phần đố nhau ỏ' đầu bài. Trả lời Do cấu trúc cùa hòn bi thép và chiếc tàu bằng thép khác nhau nên trọng lượng riêng hai vật này khác nhau. Tàu bằng thép rất nặng nhưng lại rỗng bên trong (trong là không khí hay những vật liệu nhẹ khác) do đó nếu xét cả con tàu thì trọng lượng riêng của tàu nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước nên tàu nổi trên mặt nước. Trong khi đó trọng lượng riêng của viên bi thép lớn hơn trọng lượng riêng của nước nên nó chìm. C8. Thả một hòn bi thép vào thúy ngân thì bi nổi hay chìm? Tại sao? Trả lời Do trọng lượng riêng của thóp (78000 N/m3) nhỏ hơn trọng lượng riêng của thủy ngân (136000 N/m3) nên khi thả hòn bi thép vào thủy ngân thì hòn bi sẽ nối. C9. Hai vật A và B có cùng thể tích được nhúng nhập trong nước. Vật A chìm xuống đáy bình còn vật B lơ lửng trong chất lóng. Gọi PA, FA là trọng lượng và lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên vật A: PB, Fb là trọng lượng và lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên vật B. Hãy tìm dấu thích hợp cho các ô trống: FaDFb Fb □ Pb FaQPa PaŨPb Trả lời fa 0 fb fb □ Pb fa pị pa pa rq PB c. GIẢI BÀI TẬP Bl. Khi vật nối trên chất lỏng thì lực đáy Ác-si-mét có cường độ: Bằng trọng lượng của phần vật chìm trong nước. Bằng trọng lượng của phần nước bị vật chiếm chỗ. c. Bằng trọng lượng của vật. D. Bằng trọng lượng riêng của nước nhân với thể tích của vật. Trả lời Chọn cân B: Bằng trọng lượng của phần nước bị vật chiếm chỗ. B2. Cùng một vật nổi trên hai chất lỏng khác nhau (hình bên). Hãy so sánh lực đẩy Ác-si-mét trong hai trường hợp đó. Trọng lượng riêng của chất lỏng nào lớn hơn? Tại sao? Trả lời Khi vật nổi trên chất lỏng thì lực đẩy Ác-si-mét cân bằng với trọng lượng của vật nên lực đẩy Ác-si-mét trong hai trường hợp đó bằng nhau (và bằng trọng lượng của vật). Ta có: Trường hợp thứ nhát: Fx = diV] Trường hợp thứ hai: F2 = d2V2 Mà Fi = F2 và Vị > v2 (Vi, v2 là thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ). Do đó, trọng lượng riêng của chất lỏng thứ hai lớn hơn trọng lượng riêng của chát lỏng thứ nhất hay d! < d2. B3. Tại sao một lá thiếc mỏng, vo tròn lại rồi thả xuông nước thì chìm, còn gấp thành thuyền thả xuôhg nước lại nối? Trả lời Lá thiếc mỏng được vo tròn lại thả xuống nước thì chìm vì trọng lượng riêng của lá thiếc lớn hơn trọng lượng riêng của nước. Lá thiếc mỏng đó được gấp thành thuyền thả xuống nước lại nổi vì trọng lượng riêng của thuyền nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước (thể tích của thuyền lớn hơn rất nhiều thể tích của lá thiêc vo tròn nên dtb thuyền < dnlf(ỳc). 1 9 B4. Iĩình bên vẽ hai vật giống nhau về hình dạng và kích thước nổi trên nước. Một làm bằng li-e (khối lượng riêng 200kg/m3) và một làm bằng gỗ khô (khối lượng riêng 600kg/m3). Vật nào là li-e? Vật nào là gỗ khô? Giải thích? Trả lời Khi vật nổi trên chất lỏng nghĩa là trọng lượng của vật cân bằng với lực đẩy Ác-si-mét. Nhưng lực Ác-si-mét băng trọng lượng của phần thế tích chất lỏng bị vật chiếm chỗ. Khối lượng riêng cua vật càng nhô hơn so với khối lượng riêng của chất lỏng thì phần vật chìm trong chất lỏng sẽ càng nho. Như vậy mẫu thứ nhất là li-e, mẫu thứ hai là gỗ khô. B5. Gắn một quả cầu bằng chì vào giữa mặt đang nổi trên nước của một miếng gỗ (hình bên). Nếu quay ngược miếng gỗ cho quả cầu nằm trong nước thì mực nước có thay đổi không? Tại sao? Trả lời Mực nước trong bình không thay đối do lực đẩy Ác-si-mét trong cả hai trường hợp đều có độ lớn bằng trọng lượng của miếng gỗ và quả cầu (thể tích nước bị chiếm chỗ trong cả hai trường hợp đó cũng bằng nhau). B6. Một chiêc xà lan có dạng hình hộp dài 4m, rộng 2m. Xác định trọng lượng của xà lan biết xà lan ngập sâu trong nước 0,5m. Trọng lượng riêng của nước là 10.000N/m3. Trả lời Trọng lượng riêng của xà lan có độ lớn bằng độ lớn của lực đấy Ác-si-mét tác dụng lên xà lan. Khi đó: p = F = d.v = 10000.4.2.05 = 40000N. B7. Một vật có trọng lượng riêng là 26.000N/m3. Treo vật vào một lực kế rồi nhúng vật ngập trong nước thì lực kế chỉ 150N. Hỏi nếu treo vật ỏ' ngoài không khí thì lực kế chỉ bao nhiêu? (cho biết trọng lượng riêng của nước là 10.000N/m3). Trả lời Giả thiết: d = 26000N/m3 Pn = 150N dn = 10000 N/m3 p = ? Nhúng chìm vật trong nước, vật chịu tác dụng của lực đấy Ác-si- mét nên vật nhẹ hơn ngoài không khí. Do lực đẩy Ác-si-mét chính là hiệu số giữa trọng lượng của vật ở ngoài không khí với trọng lượng của vật ỏ' trong nước nên: F = p - Pn. Trcng đó: p là trọng lượng cua vật ở trong không khí Pn là trọng lượng của vật ỏ' trong nước Hay dnv = dv - p„ Trong đó: V là thể tích của vật dn là trọng lượng riêng cua nước d là trọng lượng riêng của vật Suy ra: dV - dnv = Pn « V(d - d„) = p„ o V = —L d-dn Trọng lượng của vật ỏ' ngoài không khí là: p = v.d = —.d = 1?0_ 26000 = 243,75(N). d-d„ 26000-10000