Bài 11: Sự Nổi

A. Kiến thức

I. Điều kiện để vật nổi, vật chìm

Nếu ta thả một vật trong lòng chất lỏng thì

• vật chìm xuống khi lực đẩy Archimedes nhỏ hơn trọng lượng của vật: F_A < P -> d_cl < d_vật
• vật lơ lửng trong chất lỏng khi lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng của vật: F_A = P -> d_cl = d_vật
• vật nổi lên khi lực đẩy Archimedes lớn hơn trọng lượng của vật: F_A > P -> d_cl > d_vật

II. Độ lớn của lực đẩy archimedes lên một vật nổi trên mặt thoáng chất lỏng

Khi vật đang nổi trên mặt thoáng của chất lỏng thì P = F_A = dV

Trong đó:

d: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m³)

V: thể tích của phần vật chìm trong chất lỏng (m³)

F_A: độ lớn lực đẩy Archimedes (N)

III. Phương pháp giải các dạng bài tập thường gặp 

1. Giải thích các hiện tượng liên quan đến sự nổi của vật:

Cần nhớ:

Điều kiện để vật nổi hay chìm: Khi nhúng vật vào trong chất lỏng thì:

• Nếu P > F_A: Vật chìm xuống: Thể tích phần vật chìm trong chất lỏng bằng thể tích của vật.
• Nếu P = F_A: Vật lơ lửng trong chất lỏng: Thể tích phần vật bị chìm trong chất lỏng bằng thể tích của vật.
• Nếu P < F_A: Vật nổi lên: Thể tích phần vật bị chìm trong chất lỏng nhỏ hơn thể tích của vật.

Từ đó suy ra, khi một vật đặc thì:

• Nếu d_v > d_cl: Vật chìm xuống.
• Nếu d_v = d_cl: Vật lơ lửng trong chất lỏng.
• Nếu d_v < d_cl: Vật nổi lên.

Sự phụ thuộc của sự nổi vào trọng lượng riêng của vật và của chất lỏng.

• Trong cùng một chất lỏng, vật có trọng lượng riêng càng nhỏ càng dễ nổi.
• Với cùng một vật, khi thả vào chất lỏng có trọng lượng riêng càng lớn thì vật càng dễ nổi.

2. Tính các đại lượng liên quan đến sự nổi của vật:

Cần nhớ:

Điều kiện để vật nổi, chìm hoặc lơ lửng trong chất lỏng (xem 1)

Các công thức liên hệ giữa các đại lượng trong sự nổi của vật:

• Giữa trọng lượng và khối lượng: P = 10m
• Giữa trọng lượng riêng và khối lượng riêng: d = 10D
• Giữa trọng lượng riêng và trọng lượng:
• Giữa khối lượng riêng và khối lượng:

Độ lớn của lực đẩy Ac-si-met tác dụng lên vật: F_A = dV = 10DV

Điều kiện cân bằng của vật (nổi, lơ lửng) trong chất lỏng: F = F’ (Tổng độ lớn các lực hướng lên = tổng độ lớn các lực hướng xuống).

B. Hướng dẫn giải bài tập sách tài liệu dạy học

Hoạt động 5 trang 88 TLDH:

Các tàu thuyền có một hoặc nhiều khoang rỗng " thể tích của các con tàu lớn " trọng lượng riêng của tàu nhỏ. Thông thường, trọng lượng riêng của tàu nhỏ trọng lượng riêng của nước nên tàu có thể nổi được lên trên mặt nước.

Nếu tàu gặp nạn, nước có thể tràn ngập vào một số khoang tàu " thể tích của tàu giảm đi " trọng lượng riêng của tàu tăng lên. Tàu bị chìm khi trọng lượng riêng của tàu lớn hơn trọng lượng riêng của nước.

Hoạt động 6 trang 88 TLDH:

Các vật trong khí quyển đều chịu tác dụng của lực đẩy Archimedes do không khí gây ra.

Các bong bóng được bơm căng bởi một loại khí nhẹ (thường là khí heli, không nên dùng hidro vì dễ gây cháy nổ). Do trọng lượng quả bóng (gồm trọng lượng vỏ bóng và khí trong bóng) nhỏ hơn lực đẩy Archimedes của không khí tác dụng lên bóng nên bóng được đẩy bay lên cao.

C. Bài tập luyện tập sự nổi của trường Nguyễn Khuyến

Bài 1: Một vật có trọng lượng riêng là 26000 N/m³. Treo vật vào một lực kế rồi nhúng vật ngập trong nước thì lực kế chỉ 150 N. Hỏi nếu treo vật ngoài không khí thì lực kế chỉ bao nhiêu? Cho biết trọng lượng riêng của nước là 10000 N/m³.

Bài 2: Thả một vật làm bằng kim loại vào bình đo thể tích có vạch chia độ thì nước trong bình từ mức 130 cm³ dâng lên đến mức 175 cm³. Nếu treo vật vào một lực kế trong điều kiện vẫn nhúng hoàn toàn trong nước thì lực kế chỉ F = 4,2 N. Cho trọng lượng riêng của nước d = 10000 N/m³.

1. Tính lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật.
2. Tính khối lượng riêng của chất làm nên vật.

Bài 3: Một vật có khối lượng 567 g làm bằng chất có khối lượng riêng 10,5 g/cm³ được nhúng hoàn toàn trong nước. Tìm lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật, cho trọng lượng riêng của nước là 104 N/m³.

Bài 4: Một vật làm bằng kim loại, nếu bỏ vào bình chứa có vạch chia thể tích thì làm cho nước trong bình dâng lên thêm 100 cm³ (khi vật chìm trong nước). Nếu treo vật vào một lực kế thì lực kế chỉ 7,8 N. Biết trọng lượng riêng của nước d = 10000 N/m³. Tính lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật và xác định khối lượng riêng của chất làm nên vật.

Bài 5: Một vật có khối lượng 0,5 kg và khối lượng riêng 10,5 g/cm³ được thả vào một chậu nước. Vật bị chìm xuống đáy hay nổi lên mặt nước ? Tại sao ? Tính lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật. Cho trọng lượng riêng của nước d = 10000 N/m³.

---

Giáo viên biên soạn: Phù Thị Tiến

Đơn vị: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến