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

Động cơ đẩy Archimedes không chỉ là kiến ​​thức phải học trong chương trình vật lý THCS mà nó còn được ứng dụng vào thực tế để chế tạo tàu thủy hay khinh khí cầu. Hãy cùng LabTrường Lê Hồng Phong tìm hiểu rõ hơn về vấn đề này qua bài viết dưới đây.

1. Tổng quan về lực đẩy acsimet là gì?

1.1. Lực đẩy Archimetric là gì?

Lực đẩy Archimedes hoặc lực đẩy Archimét là lực tác dụng bởi chất lỏng (có thể là chất lỏng hoặc chất khí) lên một vật thể nhúng trong nó, khi toàn bộ hệ thống nằm trong một trường lực vật lý (trọng lực hoặc lực quán tính).

Lực này được phát hiện bởi nhà toán học, vật lý học, kỹ sư, nhà phát minh và nhà thiên văn học người Hy Lạp – Archimedes. Ông phát hiện ra rằng một người càng chìm trong nước thì lực đẩy sẽ càng lớn. Có thể hiểu rằng thể tích nước mà một người chiếm chỗ càng lớn thì lực nước tác dụng lên người càng mạnh.

Lực đẩy Archimetric là gì?

1.2. Ký hiệu và đơn vị lực đẩy

Lực đẩy acsimets có ký hiệu FA và newton (N) là đơn vị đo

1.3. Công thức tính toán

Lực đẩy Archimetric được tính theo công thức:

FA = dV

Trong đó:

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

Làm thế nào để tính toán lực đẩy actimeter?

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

• Khi biết V float => V sink = V object – V float
• Khi biết độ cao h thì phần chìm của vật => Vsubmerged = Bottom.h
• Nếu biết vật chìm hoàn toàn trong chất lỏng đó => Vsubmerged = Vobject

1.4. Độ lớn của lực đẩy acsimette

Kết quả đo lực đẩy của acsimet trong thí nghiệm cho thấy độ lớn lực đẩy của acsimet luôn bằng trọng lượng của vật.

1.5. Lực đẩy và lực nổi của Archimedes

Sẽ có 3 trường hợp khi thả một vật vào chất lỏng:

• FA < P: vật sẽ chìm khi lực acsimette < trọng lượng
• FA > P: vật nổi và khi FA = P thì vật sẽ nổi
• FA = P: vật sẽ nổi trong chất lỏng

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

1.6. Lực đẩy khi ở trên không

Lực đẩy trong không khí nhỏ hơn trong chất lỏng vì không khí có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của chất lỏng.

FAkk =dkk.V

2. Đặc điểm lực đẩy Acsimet

• Xuất hiện khi một vật nhúng trong chất lỏng (khí hoặc chất lỏng), khi toàn bộ hệ nằm trong trường lực vật lý (trọng lực hoặc lực quán tính).
• Cùng hướng nhưng ngược hướng trọng lực
• Xác định vật chìm hay nổi

3. Lực đẩy phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Như chúng ta đã biết ở trên, lực điền đầy này được tính theo công thức FA = dV. Do đó, nó phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chất lỏng cùng với thể tích chất lỏng bị dịch chuyển.

4. Ứng dụng lực đẩy Acsimet

4.1. Trong thiết kế tàu và thuyền

Đây là ứng dụng nổi bật nhất của lực đẩy này. Khi đóng tàu, các nhà thiết kế tạo ra những khoảng trống lớn để giảm thể tích của tàu, nhờ đó tàu có thể di chuyển dễ dàng trên mặt nước. Điều này cũng giải thích câu hỏi tại sao tàu có thể di chuyển trên mặt nước mà không bị chìm khi có tải trọng lớn như vậy.

Độ nổi của tàu được áp dụng bởi lực đẩy của máy đo độ sâu

4.2. Trong sản xuất khinh khí cầu

Để khinh khí cầu bay cao, người ta sẽ dùng lửa để tăng thể tích không khí trong khinh khí cầu. Nhờ quá trình giãn nở, thể tích sẽ tăng lên, làm tăng lực đẩy và cũng làm giảm mật độ của quả bóng.

Lực đẩy của Archimedes có thể được nhìn thấy trong nguyên lý bay của khinh khí cầu

4.3. Độ nổi của cá

Các loài cá có thể tự điều chỉnh khả năng lặn hoặc nổi một phần nhờ cấu trúc cơ thể của chúng chứa một cái bàng quang lớn, đây cũng là nguyên lý của lực đẩy từ trường. Khi cá muốn nổi, bong bóng sẽ căng ra, 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 liên quan đến lực đẩy acsimet

Một số bài tập áp dụng lực đẩy Archimetric

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

1. a) Ngâm trong nước
2. b) Phôi nhôm ngâm trong dầu còn phôi đồng ngâm trong nước

Giải pháp:

Gọi thể tích của thỏi nhôm và đồng là V

d: trọng lượng riêng của nước

1. a) Khi nhúng cả hai thói quen vào nước:

FA1 = d.VFA2 = dV

=> FA1 = FA2

b)

Phôi nhôm ngâm trong dầu: FA1 = d1.V

Thỏi đồng ngâm trong nước: FA2 = d2.V

Vì d1 = 8900 N/m3 và d2 = 10000 N/m3

=> FA1 < FA2

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

1. a) Tính lực đẩy của đồng hồ nếu nhúng nó vào nước
2. b) Giá trị FA có thay đổi theo độ sâu của vật trong nước không?

Giải pháp:

1. a) Khi nhúng thanh sắt vào nước:

FA = dV = 10000 x 0,002 = 20 N

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

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

Giải pháp:

Sự thay đổi số chỉ của lực kế khi đo trong nước và không khí là do lực từ gây ra.

=> Lực đẩy của Archimedes sẽ tác dụng lên vật:

FA = P – P’ = 4,8 – 3,6= 1,2 N

Mặt khác: FA = V.dn (vì vật chìm trong nước nên V = Vobject)

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

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