Giải bài tập SGK Vật lý 8 Bài 12: Sự nổi

Một vật ở trong lòng chất lỏng chịu tác dụng của những lực nào, phương và chiều của chúng có giống nhau không?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm: Một vật nhúng vào chất lỏng bị chất lỏng đẩy thẳng đứng từ dưới lên với lực có độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ. Lực này gọi là lực đẩy Ác-si-mét.

Hướng dẫn giải

Một vật ở trong lòng chất lỏng chịu tác dụng của trọng lực P và lực đẩy Ác – si - mét . Hai lực này cùng phương thẳng đứng nhưng ngược chiều nhau. Trọng lực P hướng từ trên xuống dưới còn lực đẩy Ác-si-mét F_A hướng từ dưới lên trên.

Có thể xảy ra ba trường hợp sau đây đối với trọng lượng P của vật và độ lớn F_A của lực đẩy Ác-si –mét:

a)  F_A < P   

b)  F_A = P

 c) F_A > P

Hãy vẽ vec tơ lực tương tác với ba trường hợp trên hình 12.1a, b, c và chọn cụm từ thích hợp trong số các cụm từ sau đây cho các chỗ trống ở phía các câu phía dưới hình 12.1:

(1) Chuyển động lên trên (nổi lên mặt thoáng)

(2) Chuyển động xuống dưới (chìm xuống đáy bình).

(3) Đứng yên (lơ lửng trong chất lỏng).

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm rõ lý thuyết vật lý về trọng lực và lực đẩy Ác- si- mét.

Hướng dẫn giải

a) Vật chuyển động xuống dưới (Chìm xuống đáy bình)

b) Vật đứng yên (lơ lửng trong chất lỏng)

c) Vật chuyển động lên trên (nổi lên mặt thoáng)

Tại sao miếng gỗ thả vào nước lại nổi?

Phương pháp giải

Để tại sao miếng gỗ thả vào nước lại nổi ta cần: Vận dụng lí thuyết về sự nổi - chìm của vật.

Hướng dẫn giải

Miếng gỗ nổi vì trọng lượng riêng của gỗ nhỏ hơn so với trọng lượng riêng của nước nên khi thả miếng gỗ vào nước thì nó sẽ chịu lực đẩy Ác-si-mét, khi nó ngập trong nước thì lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn trọng lực P nên nó đẩy khối gỗ lên làm khối gỗ nổi.

Khi miếng gỗ nổi trên mặt nước, trọng lượng P của nó và lực đẩy Ác- si- mét có bằng nhau không? Tại sao?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm rõ lý thuyết vật lý về sự nổi, trọng lực và lực đẩy. 

Hướng dẫn giải

Khi miếng gỗ nổi trên mặt nước, trọng lượng của nó và lực đẩy Ác - si - mét cân bằng nhau, vì vậy đứng yên thì hai lực này là hai lực cân bằng.

Độ lớn của lực đẩy Ác - si- mét được tính bằng biểu thức: F_A = 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?

A. V là thể tích của phần nước bị chiếm chỗ.

B. V là thể tích của miếng gỗ.

C. V là thể tích của phần miếng gỗ chìm trong nước.

D. V là thể tích được gạch chéo trong hình 12.2.

Phương pháp giải

Để chọn đáp án đúng ta cần nắm rõ công thức và các đại lượng trong công thức tính lực đẩy Ác - si- mét.

Hướng dẫn giải

Biết P = d_V. V (trong đó d_V là trọng lượng riêng của chất làm vật, V là thể tích của vật) và F_A = d_l. V (trong đó d_l là trọng lượng riêng của chất lỏng), hãy chứng minh rằng nếu vật là một khối đặc nhúng ngập vào trong chất lỏng thì:

- Vật sẽ chìm xuống khi : d_V  > d_l

- Vật sẽ lơ lửng trong chất lỏng khi: d_V  = d_l

- Vật sẽ nổi lên mặt chất lỏng khi: d_V  < d_l

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm nếu ta thả một vật ở trong lòng chất lỏng thì:

 + Vật chìm xuống khi lực đẩy Ác-si-mét  F_A nhỏ hơn trọng lực P:  F_A < P.  

 + Vật nổi lên khi: F_A > P.  

 + Vật lơ lửng trong chất lỏng khi: F_A = P. 

Hướng dẫn giải

Công thức tính trọng lượng của vật và lực đẩy Acsimet là: P = d_V.V; F_A = d_l.V 

Dựa theo tính chất của vật nổi hay chìm trong chất lỏng lỏng, ta có:

• Vật sẽ chìm xuống khi P > F_A   ⇒ d_V  > d_l 
• Vật sẽ lơ lửng trong chất lỏng khi P = F_A  ⇒ d_V  = d_l
• Vật sẽ nổi lên mặt chất lỏng khi P < F_A  ⇒ d_V  < d_l

Hãy giúp Bình trả lời An trong phần mở bài, biết rằng con tàu không phải là một khối thép đặc mà có nhiều khoảng rỗng.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần: Vận dụng lí thuyết về sự nổi - chìm của vật.

Hướng dẫn giải

• Hòn bi làm bằng thép có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của nước nên bị chìm.
• Tàu làm bằng thép, nhưng người ta thiết kế sao cho các khoảng trống để trọng lượng riêng của cả con tàu nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước, nên con tàu có thể nổi trên mặt nước.

Thả một hòn bị thép vào thủy ngân thì bi nổi hay chìm? Tại sao?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm nếu vật là một khối đặc và được nhúng ngập trong lòng chất lỏng thì:

- Vật sẽ chìm xuống khi: P > F_A → d_V > d_l

- Vật sẽ lơ lửng trong chất lỏng khi : P = F_A → d_V = d_l

- Vật sẽ nổi lên mặt chất lỏng khi : P < F_A → d_V < d_l

Trong đó:

• d_V là trọng lượng riêng của chất làm vật
• d_l là trọng lượng riêng của chất lỏng.

Hướng dẫn giải

Thả một hòn bi thép vào thủy ngân thì bi thép sẽ nổi vì trọng lượng riêng của thép nhỏ hơn trọng lượng riêng của thủy ngân.

Hai vật M và N có cùng thể tích được nhúng ngập trong nước. Vật M chìm xuống đáy bình còn vật N lơ lửng trong chất lỏng. Gọi p_M, F_AM là trọng lượng và lực đẩy Ác- si – mét tác dụng lên vật M; P_N, F_AN là trọng lượng và lực đẩy Ác- si – mét tác dụng lên vật N. hãy chọn dấu “=”, “<”, “>” thích hợp cho các ô trống

a) F_AM ... F_AN

b) F_AM ... P_M

c) F_AN... P_N

d) P_M... P_N

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm:

- Công thức tính lực đẩy Ác-si-mét: F_A = d_V

Trong đó:

• d là trọng lượng riêng của chất lỏng.
• V là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

Hướng dẫn giải

a) Hai vật M và N có cùng thể tích được nhúng ngập trong nước nên: F_AM  =  F_AN

b) Vật M chìm xuống đáy bình nên: F_AM  <  P_M

c) Vật N lơ lửng trong nước nên: F_AN =  P_N

d) Từ 3 câu trên có thể kết luận: P_M  >  P_N.