Định nghĩa, công thức, ứng dụng của lực đẩy acsimet

Lực đẩy acsimet không chỉ là kiến thức phải học trong chương trình vật lý trung học cơ sở mà nó còn được ứng dụng trong thực tế để sản xuất tàu thuyền hay khinh khí cầu. Hãy cùng LabVIETCHEM tìm hiểu rõ hơn vấn đề này qua bài viết ngay sau đây.

1. Tổng quan về lực đẩy acsimet là gì?

1.1. Lực đẩy acsimet là gì?

Lực đẩy acsimet hay lực đẩy ác-si-mét là lực tác động bởi một chất lưu (đó có thể là một chất lỏng hay chất khí) lên một vật thể nhúng trong nó, khi mà cả hệ thống nằm ở trong một trường lực của vật lý học (là trọng trường hay lực quán tính)

Lực đầy này được tìm ra bởi một nhà toán học, nhà vật lý, kỹ sư, nhà phát minh, nhà thiên văn học người Hy Lạp – Archimedes. Ông đã phát hiện ra rằng: con người khi chìm trong nước càng nhiều thì sẽ có lực đẩy càng lớn. Có thể hiểu là phần thể tích nước bị một người chiếm chỗ càng lớn thì lực đẩy của nước tác động lên người càng mạnh.

Lực đẩy acsimet là gì?

1.2. Ký hiệu và đơn vị của lực đẩy ác-si-mét

Lực đẩy acsimets có ký hiệu là FA và niu tơn (N) làm đơn vị đo

1.3. Công thức tính

Lực đẩy acsimet công thức tính là:

FA = d.V

Trong đó:

• FA: lực đẩy ác-si-mét (tính theo N)
• d: trọng lượng riêng của chất lỏng (đơn vị tính N/m2)
• V: thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (tính bằng m3)

Cách tính lực đẩy acsimet  như thế nào?

Lưu ý: V là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ có thể hiểu là thể tích phần chìm của vật chứ không phải là thể tích vật. Để tính được thông số này, có thể áp dụng các cách tính sau:

• Khi biết Vnổi => Vchìm = Vvật – Vnổi
• Khi biết độ cao h phần chìm của vật => Vchìm = Sđáy.h
• Nếu biết vật chìm hoàn toàn trong chất lỏng đó => Vchìm = Vvật

1.4. Độ lớn của lực đẩy acsimet

Kết quả đo lực đẩy acsimets trong các thí nghiệm cho thấy, độ lớn của lực đẩy acsimet luôn bằng với trọng lượng của vật

1.5. Lực đẩy ác-si-mét và sự nổi

Sẽ có 3 trường hợp xảy ra khi tiến hành thả một vật ở trong lòng chất lỏng:

• FA < P: vật sẽ chìm xuống khi lực đẩy acsimet < trọng lượng
• FA > P: vật nổi và khi FA = P, vật sẽ dùng nổi
• FA = P: vật sẽ lơ lửng trong chất lỏng

Có thể hiểu đơn giản rằng: vật sẽ nổi. khi trọng lượng riêng tổng hợp của một vật nhỏ hơn so với trọng lượng riêng của nước.

1.6. Lực đẩy ác-si-mét khi ở trong không khí

Lực đẩy ác-si-mét trong không khí nhỏ hơn trong chất lỏng bởi không khí có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của chất lỏng.

FAkk =dkk.V

2. Đặc điểm của lực đẩy acsimet

• Xuất hiện khi có sự nhúng một vật thể vào trong một chất lưu (là chất khí hoặc chất lỏng), khi mà cả hệ thống nằm trong một trường lực vật lý học (trọng trường hay lực quán tính)
• Cùng phương nhưng ngược hướng với trọng lực
• Quyết định tới sự chìm hay nổi của một vật

3. Lực đẩy ác-si-mét có sự phụ thuộc vào các yếu tố nào?

Như ở trên ta đã biết, lực đầy này được tính bằng công thức FA = d.V. Vị vậy, nó có sự phụ thuộc vào trọng lượng riêng của một chất lỏng cùng với thể tích phần chất lỏng bị chiếm chỗ.

4. Ứng dụng của lực đẩy acsimet

4.1. Trong thiết kế tàu, thuyền

Đây là ứng dụng nổi bật nhất của lực đẩy này. Khi thực hiện chế tạo một con tàu, các nhà thiết kế đã tạo ra các khoảng trống lớn nhằm giảm thể tích cho tàu, nhờ vào đó mà con tài có thể di chuyển dễ dàng trên bề mặt nước. Điều này cũng giải thích cho câu hỏi tại sao tàu thuyền có thể đi trên mặt nước mà không bị chìm khi có trọng tải rất lớn như vậy.

Sự nổi của tàu thuyền được áp dụng lực đẩy acsimet

4.2. Trong sản xuất khinh khí cầu

Để một chiếc khinh khí cầu có thể bay lên trên cao, người ta sẽ dùng lửa đốt khiến thể tích không khí trong khinh khí cầu tăng lên. Nhờ vào quá trình giãn nở, thể tích sẽ tăng làm tăng lực đẩy và cũng làm giảm đi khối lượng riêng của khinh khí cầu.

Lực đẩy acsimet có thể thấy trong nguyên lý bay của khinh khí cầu

4.3. Sự nổi của cá

Các loài cá có thể tự điều chỉnh khả năng lặn hoặc nổi của chúng một phần là do có cấu tạo cơ thể chứa một bong bóng lớn, đây cũng chính là nguyên lý lực đẩy ác si mét. Khi cá muốn nổi thì bong bóng sẽ căng lên làm tăng thể tích và lực đẩy. Ngược lại, nếu cá lặn, bong bóng sẽ co lại để giảm thể tích và lực đẩy cũng giảm.

5. Bài tập vận dụng liên quan đến lực đẩy acsimet

Một số bài tập vận dụng về lực đẩy acsimet 

Bài tập 1: So sánh lực đẩy acsimet tác dụng lên thỏi nhôm và đồng có cùng thể tích khi:

1. a) Nhúng chìm trong nước
2. b) Thỏi nhôm được nhúng chìm trong dầu còn thỏi đồng nhúng chìm vào nước

Lời giải:

Gọi thể tích của thỏi nhôm và đồng là V

d: trọng lượng riêng của nước

1. a) Khi cùng nhúng 2 thói vào nước:

FA1 = d.VFA2 = d.V

=> FA1 = FA2

b)

Thỏi nhôm nhúng chìm ở trong dầu: FA1 = d1.V

Thỏi đồng nhúng chìm vào nước: FA2 =d2.V

Do d1 = 8900 N/m3 còn d2 = 10000 N/m3

=> FA1 < FA2

Bài tập 2: Ta có thể thể tích của một miếng sắt là 2 dm3 và biết nước có d bằng 10000 N/m3

1. a) Tính lực đẩy ác si mét nếu nó được nhúng chìm trong nước
2. b) Giá trị của FA có thay đổi theo độ sâu của vật trong nước hay không?

Lời giải:

1. a) Khi nhúng thanh sắt chìm vào nước:

FA = d.V = 10000 x 0,002 = 20 N

Theo công thức tính thì giá trị của lực đẩy FA sẽ không phụ thuộc vào độ sâu của vật trong nước mà chỉ phụ thuộc vào trọng lượng riêng chất lỏng và thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

Bài tập 3: Móc một vật vào lực kế để đo theo phương thẳng đứng. Nếu vật ở trong không khí thì lực kế chỉ 4,8 N và giảm còn 3,6 N khi vật chìm trong nước. Tính thể tích của vật nặng, biết rằng nước có trọng lượng riêng bằng 104 N/m3, bỏ qua lực đẩy acsimet của không khí.

Lời giải:

Sự thay đổi về số chỉ lực kế khi đo ở trong nước và không khí là do lực đẩy ác si mét gây nên.

=> Lực đẩy acsimet sẽ tác dụng lên vật:

FA = P – P’ = 4,8 – 3,6= 1,2 N

Mặt khác: FA = V.dn (do vật ngập trong nước nên V = Vvật)

=> V = FA/ dn = 1,2 : 104 = 120 cm3

Trên đây là những thông tin liên quan đến lực đẩy acsimet như định nghĩa, cách tính, ứng dụng của nó mà LabVIETCHEM đã tổng hợp lại. Hy vọng, qua bài viết bạn đã có thể dễ dàng áp dụng, tính toán lực đẩy này một cách chính xác, nhanh chóng. Đừng quên theo dõi nhiều bài viết thú vị khác của chúng tôi trên website labvietchem.com.vn nhé.