Bài 12: SỰ NỔI
I. KIẾN THỨC CẦN NHỚ
* Nhúng một vật vào chất lỏng thì
Gọi P là trọng lượng của vật, F là lực đẩy Ác-si-mét khi vật được nhúng trong chất lỏng:
• Nếu F > P, vật nổi lên.
• Nếu F < P, vật chìm xuống.
• Nếu F = P, vật lơ lửng trong chất lỏng .
* Khi một vật nổi trên mặt chất lỏng thì $F_{A}$ = d.V, trong đó V là phần chìm của chất lỏng (không phải là thể tích vật), d là trọng lượng riêng chất lỏng.
II. BÀI TẬP SÁCH BÀI TẬP
12.1. Khi vật nổi trên chất lỏng thì lực đẩy Ác-si-mét có cường độ
A. bằng trọng lượng của phần vật chìm trong nước.
B. bằng trọng lượng của phần nước bị vật chiếm chỗ.
C. bằng trọng lượng của vật.
D. bằng trọng lượng riêng của nước nhân với thể tích của vật.
Trả lời: Chọn B
Khi vật nổi trên chất lỏng thì lực đẩy Ác-si-mét có cường độ bằng trọng lượng của phần nước bị vật chiếm chỗ.
12.2. Cùng một vật, nổi trên hai chất lỏng khác nhau (H.12.1). Hãy so sánh lực đẩy Ác-si-mét trong hai trường hợp đó. Trọng lượng riêng của chất lỏng nào lớn hơn? Tại sao?
Trả lời:
$F_{A1}$ = $d_{1}$.$V_{1}$, $F_{A2}$ = $d_{2}$.$V_{2}$.
Do $F_{A1}$ = $F_{A2}$ và $V_{1}$ > $V_{2}$ ⇒ $d_{1}$ < $d_{2}$
12.3. Tại sao một lá thiếc mỏng, vo tròn lại rồi thả xuống nước thì chìm, còn gấp thành thuyền thả xuống nước lại nổi?
Trả lời:
Lá thiếc mỏng được vo tròn lại, thả xuống nước thì chìm, vì trọng lượng riêng của lá thiếc lúc đó lớn hơn trọng lượng riêng của nước .png)
Lá thiếc đó được gấp thành thuyền, thả xuống nước lại nổi, vì trọng lượng riêng trung bình của thuyền nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước (thể tích của thuyền lớn hơn rất nhiều lần thể tích của lá thiếc vo tròn nên .png)
).
12.4. Hình 12.2 vẽ hai vật giống nhau về hình dạng và kích thước nổi trên nước. Một làm bằng li-e (khối lượng riêng 200kg/$m^{3}$) và một làm bằng gỗ khô (khối lượng riêng 600kg/$m^{3}$). Vật nào là li-e? Vật nào là gỗ khô? Giải thích.
Trả lời:
Vật nổi trên chất lỏng khi trọng lượng của vật cân bằng với lực đẩy Ác-si-mét. Nhưng $F_{A}$ bằng trọng lượng của phần thể tích chất lỏng bị vật chiếm chỗ. Khối lượng riêng của vật càng nhỏ hơn so với khối lượng riêng của chất lỏng thì phần vật chìm trong chất lỏng sẽ càng nhỏ. Theo bài ra thì mẫu thứ nhất là li-e, mẫu thứ hai là gỗ khô.
12.5. Gắn một quả cầu bằng chì vào giữa mặt đang nổi trên nước của một miếng gỗ (H.12.3). Nếu quay ngược miếng gỗ cho quả cầu nằm trong nước thì mực nước có thay đổi không? Tại sao?
Trả lời:
.png)
không đổi nên thể tích nước bị chiếm chỗ không đổi và mực nước trong bình không đổi.
12.6. Một chiếc xà lan có dạng hình hộp dài 4m, rộng 2m. Xác định trọng lượng của xà lan biết xà lan ngập sâu trong nước 0,5m. Trọng lượng riêng của nước là 10000N/$m^{3}$.
Trả lời:
Trọng lượng của xà lan: P = $F_{A}$ = dV = 10 000 x 4 x 2 x 0,5 = 40 000N
12.7. Một vật có trọng lượng riêng là 26000N/$m^{3}$. Treo vật vào một lực kế rồi nhúng vật ngập trong nước thì lực kế chỉ 150N. Hỏi nếu treo vật ở ngoài không khí thì lực kế chỉ bao nhiêu? Cho biết trọng lượng riêng của nước là 10000N/$m^{3}$.
Trả lời:
$F_{A}$ = P - $P_{n}$ ⇒ $d_{n}$V = dV - $P_{n}$.
Với P là số chỉ của lực kế khi treo vật vào lực kế ở ngoài không khí; $P_{n}$ là số chỉ của lực kế khi vật ở trong nước; d là trọng lượng riêng của vật; $d_{n}$ là trọng lượng riêng của nước.
.png)
12.8. Nếu thả một chiếc nhẫn đặc bằng bạc (Ag) vào thủy ngân (Hg) thì
A. nhẫn chìm vì $d_{Ag}$ > $d_{Hg}$
B. nhẫn nổi vì $d_{Ag}$ < $d_{Hg}$
C. nhẫn chìm vì $d_{Ag}$ < $d_{Hg}$
D. nhẫn nổi vì $d_{Ag}$ > $d_{Hg}$
Trả lời: Chọn B
Nếu thả một chiếc nhẫn đặc bằng bạc (Ag) vào thủy ngân (Hg) thì nhẫn nổi vì $d_{Ag}$ < $d_{Hg}$.
12.9. Thả một vật đặc có trọng lượng riêng $d_{v}$ vào một bình đựng chất lỏng có trọng lượng riêng $d_{l}$ thì
A. vật sẽ chìm xuống đáy rồi lại nổi lên lơ lửng trong chất lỏng khi $d_{v}$ > $d_{l}$.
B. vật sẽ chìm xuống đáy rồi lại nổi lên một phần mặt chất lỏng khi $d_{v}$ = $d_{l}$.
C. vật sẽ chìm xuống đáy rồi nằm im tại đáy khi $d_{v}$ > $d_{l}$.
D. vật sẽ chìm xuống đáy rồi lại nổi một nửa trên mặt chất lỏng khi $d_{v}$ = 2$d_{l}$.
Trả lời: Chọn C
Thả một vật đặc có trọng lượng riêng $d_{v}$ vào một bình đựng chất lỏng có trọng lượng riêng $d_{l}$ thì vật sẽ chìm xuống đáy rồi nằm im tại đáy khi $d_{v}$ > $d_{l}$.
12.10. Cùng một vật được thả vào bốn bình đựng bốn chất lỏng khác nhau (H.12.4). Hãy dựa vào hình vẽ hãy so sánh trọng lượng riêng của các chất lỏng.
A. $d_{1}$ > $d_{2}$ > $d_{3}$ > $d_{4}$
B. $d_{4}$ > $d_{1}$ > $d_{2}$ > $d_{3}$;
C. $d_{3}$ > $d_{2}$ > $d_{1}$ > $d_{4}$
D. $d_{4}$ > $d_{1}$ > $d_{3}$ > $d_{2}$
.png)
Trả lời: Chọn C
+ $d_{4}$ nhỏ nhất vì vật chìm xuống đáy.
+ $d_{1}$ nhỏ thứ nhì vì vật chìm lơ lửng.
+ $d_{2}$ nhỏ hơn $d_{1}$ vì phần chìm lớn hơn.
+ $d_{3}$ lớn nhất vì phần chìm nhỏ nhất.
Vậy câu C là đúng: $d_{3}$ > $d_{2}$ > $d_{1}$ > $d_{4}$.
12.11. Hai vật 1 và 2 có cùng thể tích được thả vào một bình đựng nước. Vật 1 chìm xuống đáy bình, vật 2 lơ lửng trong nước. Nếu gọi $P_{1}$ là trọng lượng của vật 1, $F_{1}$ là lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên vật 1; $P_{2}$ là trọng lượng của vật 2, $F_{2}$ là lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên vật 2 thì
A. $F_{1}$ = $F_{2}$ và $P_{1}$ > $P_{2}$
B. $F_{1}$ > $F_{2}$ và $P_{1}$ > $P_{2}$
C. $F_{1}$ = $F_{2}$ và $P_{1}$ = $P_{2}$
D. $F_{1}$ < $F_{2}$ và $P_{1}$ > $P_{2}$
Trả lời: Chọn A
Vì hai vật 1 và 2 có cùng thể tích nên lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên hai vật bằng nhau $F_{1}$ = $F_{2}$.
Vật 1 chìm xuống đáy bình, vật 2 lơ lửng trong nước nên $P_{1}$ > $P_{2}$.
Vậy câu A là đúng: $F_{1}$ = $F_{2}$ và $P_{1}$ > $P_{2}$.
12.12. Dùng tay ấn một quả cầu rỗng bằng kim loại xuống đáy một bình đựng nước. Khi bỏ tay ra, quả cầu từ từ nổi lên và nổi một phần trên mặt nước. Hiện tượng trên xảy ra vì
A. trọng lượng riêng của chất làm quả cầu nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước.
B. lực đẩy Ác-si-mét luôn bằng trọng lượng của quả cầu.
C. lực đẩy Ác-si-mét mới đầu lớn hơn trọng lượng quả cầu, sau đó giảm dần tới bằng trọng lượng của quả cầu
D. lực đẩy Ác-si-mét mới đầu lớn hơn trọng lượng quả cầu, sau đó giảm dần tới nhỏ hơn trọng lượng của quả cầu.
Trả lời: Chọn C .
Ta thấy khi bỏ tay ra, quả cầu từ từ nổi lên và nổi một phần trên mặt nước.
Sở dĩ như vậy vì khi bắt đầu bỏ tay lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn trọng lượng quả cầu, quả cầu từ từ nổi lên sau đó lực này giảm dần tới bằng trọng lượng của quả cầu (khi vật cân bằng).
12.13. Một phao bơi có thể tích 25$dm^{3}$ và khối lượng 5kg. Hỏi lực nâng tác dụng vào phao khi dìm phao trong nước? Trọng lượng riêng của nước là 10000N/$m^{3}$.
Trả lời:
Lực nâng phao là : F = $F_{A}$ - P = 0,0025.10000 - 10.5 = 200N
12.14. Một chai thủy tinh có thể tích 1,5 lít và khối lượng 250g. Phải đổ vào chai ít nhất bao nhiêu nước để nó chìm trong nước? Trọng lượng riêng của nước là 10000N/$m^{3}$.
Trả lời:
Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên chai: $F_{A}$ = V$d_{n}$ = 15N
Trọng lượng của chai : P = 10m = 2,5N.
Để chai chìm trong nước cần đổ vào chai một lượng nước có trọng lượng tối thiểu là : P' = $F_{A}$ - P = 12,5N
Thể tích nước cần đổ vào chai là V'= $\large \frac{P'}{d_{n}}$ = 0,00125 $m^{3}$ = 1,25 lít.
12.15. Một xà lan có dạng hình hộp chữ nhật, kích thước 10m x 4m x 2m. Khối lượng của xà lan và các thiết bị đặt trên xà lan bằng 50 tấn. Hỏi có thể đặt vào xà lan hai kiện hàng, mỗi kiện nặng 20 tấn không ? Trọng lượng riêng của nước là 10000N/$m^{3}$.
Trả lời:
Lực đẩy Ác-si-mét lớn nhất tác dụng lên xà lan:
$F_{m}$ = V$d_{n}$ = 10.4.2.10 000 = 800 000N
Trọng lượng tổng cộng của xà lan và kiện hàng là:
P = 10.50 000 + 10.40 000 = 900 000N
Vì P > $F_{m}$ nên không thể đặt hai kiện hàng lên xà lan được.
12.16. Đố vui. Hàng năm có rất nhiều du khách đến thăm Biển Chết (nằm giữa I-xra-ren và Gioóc-đa-ni). Biển mang tên này, vì nước ở đây rất mặn, khiến các sinh vật biển không thể sinh sống được.
Người ta đến thăm Biển Chết không phải chỉ vì phong cảnh mà còn vì một điều kì lạ là mọi người đều có thể nổi trên mặt biển dù không biết bơi (H.12.5).
Em hãy giải thích tại sao?
Trả lời:
Vì nước ở Biển Chết chứa nhiều muối nên trọng lượng riêng của nó lớn hơn trọng lượng riêng của cơ thể người, nhờ đó người có thể nổi trên mặt nước.