PHẦN 2. NĂNG LƯỢNG VÀ SỰ BIẾN ĐỔI

CHỦ ĐỀ 3: KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ ÁP SUẤT

BÀI 15. TÁC DỤNG CỦA CHẤT LỎNG LÊN VẬT ĐẶT TRONG NÓ

(15 câu)

1. NHẬN BIẾT (3 câu)

Câu 1: Phát biểu định luật Acsimet?

Trả lời:

Chất lỏng tác dụng lên vật trong nó một lực đẩu hướng thẳng đứng lên trên (lực đẩy Acsimet), có độ lớn bằng trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

Câu 2: Công thức tính theo định luật Acsimet?

Trả lời:

F_A = d.V

Câu 3: Kéo một xô nước từu giếng lên. Vì sao khi kéo xô nước còn chìm trong nước ta thấy nhẹ hơn khi nó đã được kéo lên khỏi mặt nước?

Trả lời:

Khi xô nước còn chìm trong nước thì nó chịu lực do nước tác dụng có phương thẳng đứng chiều từ dưới lên đóng vai trò lực đẩy giúp ta nâng vật được dễ dàng hơn khi nó đã được kéo lên khỏi mặt nước.

Câu 3:  Nêu ví dụ về lực đẩy Acsimet trong thực tế.

Trả lời:

• Nhấc hòn đá trong nước thì thấy hòn đá nhẹ hơn khi nhất ngoài không khí.
• Giúp thuyền và khí cầu nổi lên, là cơ chế hoạt động chìm nổi của tàu ngầm hay cá.

2. THÔNG HIỂU (5 câu)

Câu 1:  Biểu diễn lực đẩy Acsimet tác dụng vào vật đặt trong chất lỏng (hình 15.4). 

Trả lời:

Vật lơ lửng trong chất lỏng

suy ra F_A=P

Câu 2: 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 5l được nút kín.

Trả lời:

Ta biết thể tích càng lớn thì khối lượng riêng càng nhỏ ⇒ d_500ml > d_5l 

Mà khối lượng riêng của vật này nặng hơn vật đó thì nó sẽ dễ chìm xuống nước hơn

⇒ Nhấn một chai nhựa rỗng có thể tích 500 ml được nút kín.

Câu 3: Thả hai vật hình hộp có kích thước giống nhau, một vật bằng gỗ và một vật bằng sắt vào trong nước (hình 15.6). So sánh lực đẩy Acsimet tác dụng lên hai vật.

Trả lời:

Hình a,  FA>P ( vật nổi )

Hình b, FA<P ( vật chìm )

Câu 4:  Vì sao một khúc gỗ lớn nổi được trong nước trong khi một viên sỏi nhỏ hơn nhiều lại bị chìm.

Trả lời:

Vì viên sỏi có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của nước nên bị chìm. Còn khúc gỗ có khối lượng riêng nhỏ hơn nước nên nổi

Câu 5:  Thả một miếng đất nặn vào nước thì bị chìm, hình 15.7a. Vì sao cũng số lượng đất nặn ấy được nặn thành vật như hình 15.7b thì lại nổi trên nước

Trả lời:

Bất kỳ vật nào khi thả vào nước thì đều chịu một lực đẩy của nước hướng lên trên, đó chính là lực đẩy Acsimet. Lực đẩy Acisimet phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chất lỏng và thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (thể tích phần bị chìm của vật).

Hình 15.7a  Thả một cục đất nặn vào nước, cục đất nặn nặng và sẽ chìm xuống bởi khối lượng riêng của nó lớn hơn nước. Cũng số lượng đất nặn ấy được nặn thành vật như hình 15.7b thì lại nổi trên nước vì phần thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (thể tích phần bị chìm của vật) lớn thì lực đẩy Acsimet của nước lên vật càng lớn sẽ giúp vật nổi lên. Thể tích phần chìm của cục đất nặn nhỏ hơn thể tích phần chìm (bao gồm cả phần không khí trong cục đất nặn hình 15.7b), đó là lý do cùng là đất nhưng cục đất nặn hình17.5a thì chìm nhưng cục đất nặn hình 15.7b lại nổi.

3. VẬN DỤNG (5 câu)

Câu 1:  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.

Trả lời:

• Vật chìm xuống nếu trọng lượng riêng của nó lớn hơn trọng lượng riêng của chất lỏng. Vật chìm xuống khi lực đẩy Ác-si-mét F_A nhỏ hơn trọng lượng P: F_A <P, ếu khối lượng riêng của vật này nặng hơn nước thì nó sẽ chìm xuống, do lực đẩy Ác-si-mét lớn nhất có được khi vật chìm hoàn toàn cũng không đủ thắng trọng lực tác dụng vào vật.
• Vật nổi lên nếu trọng lượng riêng của nó nhỏ hơn trọng lượng riêng của chất lỏng.Vật nổi lên khi: F_A > P do trọng lực của vật kéo nó xuống nhỏ hơn lực đẩy Ác-si-mét nên vật nổi hoàn toàn

Câu 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 = 10000N/m³.Tính lực đẩy Ac si mét tác dụng lên vật.

Trả lời:

Phần thể tích của nước bị vật chiếm chỗ:

V = V₂ - V₁= 175 - 130 = 45 (cm³) = 45.10^-6 (m³)

        Lực đẩy Ac si met do nước tác dụng lên vật:

F_A = dV = 10000.45.10^-6 = 0,45(N)

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

Trả lời:

Thể tích của vật: (cm³)=54.10^-6‑(m³)

Vì vật được nhúng hoàn toàn trong nước nên thể tích phần nước bị vật chiếm chỗ bằng thể tích của vật.

Lực đẩy Acsimet do nước tác dụng lên vật là: F_A = d.V=10⁴.54.10^-6=0,54 (N)

Câu 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 100cm³( khi vật chìm trong nước).Nếu treo vật vào một lực kế thì lực kế chỉ 7,8N.Biết trọng lượng riêng của nước d= 10000N/m³.Tính lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên vật và xác định khối lượng riêng của chất làm nên vật.

Trả lời:

Thể tích của vật là: V  = 100 cm³ = 100. 10^-6 m³ = 10^-4 m³.

Vì vật chìm trong nước nên thể tích phần nước bị vật chiếm chỗ bằng thể tích của vật.

Lực đẩy Ac- si met do nước tác dụng lên vật là:

              F_A = dV= 10000.10^-4 =  1 (N)

  Trọng lượng riêng của chất làm nên vật:  (N/m³)

Khối lượng riêng của chất làm nên vật:  (kg/m³)

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

Trả lời:

Khối lượng riêng của vật: D = 10,5 (g/cm³) = 10,5.1000 = 10500 (kg/m³)

Trọng lượng riêng của vật: d_v = 10D= 10. 10500= 105000 (N/m³).

Vì d_v > d : nên vật chìm xuống đáy chậu nước.

Thể tích của vật : (m³)

Vì vật chìm trong nước nên thể tích phần nước bị vật chiếm chỗ bằng thể tích của vật.

Lực đẩy Ac- si- met do nước tác dụng lên vật là:

              F_A = dV= 10000.0,476.10^-4 =  0,476 (N) ≈  0,48 (N).

4. VẬN DỤNG CAO (2 câu)

Câu 1:  Một khối gỗ hình hộp lập phương có cạnh a = 10cm được thả vào trong nước. Phần khối gỗ nổi trên mặt nước có độ dài l₀ = 3cm.a. Tính khối lượng riêng của gỗ. Biết trọng lượng riêng của nước là d_n = 10.000N/m³.b. Nối khối gỗ vào một vật nặng có khối lượng riêng D_vat =1.200kg/m³ bằng sợi dây mảnh (có khối lượng không đáng kể) qua tâm của mặt dưới khối gỗ ta thấy phần nổi của khối gỗ có chiều dài là l₁ = 1cm. Tìm khối lượng m_v của vật nặng.

Trả lời:

1. Thể tích của vật V_g = a³ = 0,1³ = 10^-3 m³

Diện tích của đáy gỗ: S = a² = 10^-2 m²

Thể tích của phần chìm của vật V_c = 10^-2 (0,1-0,03)=7.10^-4 m³

Lực đẩy Ac si met tác dụng lên vật F_A = V_c.d_n

Vì vật nổi nên: F_A=V_g.d_n V_c.d_n=V_g.d_g

=> (N/m³)

Vậy D_g = 700kg/m³.

1. Khi nối khối gỗ vào vật nặng thì thể tích phần gỗ chìm trong nước lúc đó là

V_{chìm gỗ} = a². (a=l₁) =10²(10-1)=9.10²(cm³)=9.10^-4(m³).

Khi nổi, khối gỗ và vật nặng chịu 4 lực tác dụng lên chúng. Đó là: P_g, P_vật, F_Ag và F_{A vật}. Khi chúng cân bằng thì:

P_g + P_vật = F_Ag + F_{A vật}

ó V_gd_g + V_vậtd_vật = d_n(V_{chìm gỗ} +V_v)

ó V_gd_g + V_vd_v = d_n(V_{chìm gỗ} +V_v)

ó V_gd_g + m_v = d_nV_{chìm gỗ} +D_n

ó d_nV_{chìm gỗ  -}  V_gD_g = m_v - D_n

ó d_nV_{chìm gỗ  -}  V_gD_g = m_v(1 - )

=> m_v=_=> m_v=

_{Vậy khối lượng của vật nặng là 1,2 kg.}

Câu 2: Hai quả cầu đặc có thể tích mỗi quả là V = 100 cm³,được nối với nhau bằng một sợi dây nhẹ không co giãn thả trongnước (hình vẽ). Khối lượng quả cầu bên dưới gấp 4 lần khối lượng quả cầu bên trên. Khi cân bằng thì  thể tích quả cầubên trên bị ngập trong nước.Hãy tính: khối lượng riêng của các quả cầu?  (Khối lượng riêng của nước là D= 1000kg/m³)

Trả lời:

Vì V₁=V₂=V; m₂=4m₁ => P₂= 4P₁ => D₂ = 4D₁ (1)

Trọng lực bằng lực đẩy Acsimet nên:

P₁ + P₂ = F­_A1 + F_A2

=> P₁ + P₂ = F_A1 + F_A2

=> 10D₁V₁ + 10D₂V₂ = 10DV + 10.DV

=> D₁. V₁ + D₂. V₂ = DV + DV =DV (2)

Từ (1) và (2) => 5D₁ = D => D₁ =  D=_=300(kg/m³)

=> D₂ = 4D₁ = 1200(kg/m³)

Khối lượng riêng của các quả cầu là D₁ = 300 kg/m³_­ và D₂ = 1200 kg/m³