Hiện tượng miếng gỗ nổi trên mặt nước chắc hẳn là hiện tượng vật lý mà chúng ta ai cũng từng gặp. Hoặc là hiện tượng chiếc tàu nặng hàng trăm tấn nổi trên mặt nước nhưng chiếc kim nhỏ lại chìm hoàn toàn trong nước, cũng là thắc mắc của bao thế hệ. Vậy sự thật đằng sau các hiện tượng đó là gì và lý do tại sao miếng gỗ thả vào nước thì nổi?
Xem thêm:
Giải thích tại sao miếng gỗ thả vào nước thì nổi
Lý do khi miếng gỗ được thả vào nước nổi là do trọng lượng riêng của miếng gỗ nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước. Khi miếng gỗ chìm vào trong nước, lực đẩy Acsimet lớn hơn trọng lực P nên sẽ đẩy khối gỗ nổi lên.
Tìm hiểu về lực đẩy Acsimet
Để hiểu rõ hơn về lý do tại sao miếng gỗ thả vào nước thì nổi, chúng ta cần tìm hiểu thế nào là lực đẩy Acsimet.
Lực đẩy Acsimet được định nghĩa là lực của một chất lưu tác động lên vật thể được nhúng trong nó. Lực đẩy Acsimet có độ lớn bằng tổng trường lực tác động lên chất lưu. Lực Acsimet được đặt theo tên nhà bác học phát hiện ra nó – Archimedes.
Độ lớn của lực đẩy Acsimet sẽ được tính như sau:
FA = d.V
Trong đó:
- F là ký hiệu của độ lớn lực đẩy Acsimet.
- d là ký hiệu của độ lớn trọng lượng riêng của chất lỏng.
- V là ký hiệu của giá trị thể tích chất bị vật chiếm chỗ.
Khi so sánh giá trị của P và F, chúng ta sẽ có 3 trường hợp:
- Trường hợp P > F: vật chìm hoàn toàn trong chất lỏng.
- Trường hợp P = F: vật lơ lửng trong chất lỏng.
- Trường hợp P < F: vật nổi trên về mặt chất lỏng.
Các trường hợp trên đã chứng minh một vật nổi được trên bề mặt chất lỏng chỉ khi nó có trọng lượng nhỏ hơn trọng lượng riêng của chất lỏng. Điều này cũng giúp chúng ta giải thích được tại sao con tàu có trọng lượng lớn có thể nổi trên bề mặt nước. Trong khi đó, cây kim có trọng lượng nhỏ hơn nhưng lại chìm trong nước. Trọng lượng của cây kim nhỏ nhưng phần thể tích chìm trong nước cũng nhỏ => trọng lượng riêng lớn nước => chìm trong nước.
Ví dụ giúp hình dung thực tế về lực đẩy Acsimet
Theo nguyên tắc của Acsimet, nếu thả một vật có trọng lượng riêng nhẹ hơn trọng lượng riêng của nước thì vật đó sẽ nổi trên bề mặt nước. Xuất hiện hiện tượng này là do trọng lực tác động lên vật nhỏ hơn lực đẩy Acsimet tác động lên nó.
Ví dụ nếu nằm tư thế phù hợp thì lực đẩy Acsimet sẽ giúp chúng ta nổi trên mặt nước mà không cần bơi.
Lực đẩy Acsimet tác dụng lên các vật có khác nhau không?
Trường hợp các vật chìm hoàn toàn trong nước, độ lớn lực đẩy Acsimet tác dụng lên các vật sẽ thay đổi tỷ lệ thuận theo thể tích của chúng. Thể tích càng lớn thì lực đẩy Acsimet càng lớn.
Đối với các vật có cùng khối lượng, chất liệu như nhau thì khi chìm trong nước, lực đẩy Acsimet sẽ thay đổi tỉ lệ nghịch theo khối lượng riêng của chúng. Khối lượng riêng càng lớn thì lực đẩy Acsimet càng nhỏ và ngược lại.
Trường hợp các vật có cùng thể tích và nhúng vào các chất lỏng khác nhau, độ lớn của lực đẩy Acsimet sẽ khác theo trọng lượng riêng của chất lỏng. Trọng lượng riêng của chất lỏng càng lớn thì lực đẩy Acsimet tác động lên càng lớn.
Độ lớn của lực đẩy Acsimet sẽ không bị tác động bởi lực mao dẫn tác động lên vật. Ngoài ra, lực đẩy Acsimet được ứng dụng ở chất lỏng phức tạp.
Tuy nhiên, không phải tất các các tình huống đều đúng theo nguyên tắc của lực đẩy Acsimet. Những trường hợp chỉ một bên vật chìm trong nước chính là ngoại lệ của Acsimet. Những trường hợp này, lực đẩy ròng tác động lên vật khác với lực đẩy Acsimet nên phá vỡ sự đối xứng của áp lực.
Ứng dụng của lực đẩy Acsimet
Sau khi biết được tại sao miếng gỗ thả vào nước thì nổi, hãy cùng tìm hiểu các ứng dụng thực tế của lực này nhé. Lực đẩy Acsimet được ứng dụng rất nhiều trong đời sống, nổi bật nhất phải kể đến:
Ngành công nghiệp đóng tàu
Để ứng dụng lực đẩy Acsimet trong việc đóng tàu, thuyền, các kỹ sư đã tạo một khoảng trống lớn để tăng thể tích cho con tàu. Nhờ đó, con tàu có thể nổi và di chuyển trên mặt nước.
Cách người ta đã sản xuất khinh khí cầu
Khinh khí cầu được phát minh nhờ vào việc áp dụng lực đẩy Acsimet trong không khí. Để khinh khí cầu bay lên cao, nhà sản xuất đã dùng lửa đốt để giúp tăng thể tích không khí bên trong khinh khí cầu. Nhờ sự giãn nở này đã giúp chúng ta điều khiển được khinh khí cầu lên cao hoặc đáp xuống.
Giải thích hiện tượng cá nổi trên mặt nước dưới góc nhìn của lực đẩy Acsimet
Cơ thể của các loài cá trong tự nhiên có cấu tạo như một quả bong bóng lớn. Nhờ vậy, chúng có thể điều chỉnh cơ thể bơi lên hay lặn xuống. Khi cá muốn nổi lên mặt nước, bong bóng trong cơ thể chúng sẽ tăng lên để làm tăng thể tích => lực đẩy Acsimet sẽ đẩy giúp chúng di chuyển lên mặt nước dễ dàng.
Kết luận
Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn phần nào hiểu được lý do tại sao miếng gỗ thả vào nước thì nổi. Nguyên nhân giúp miếng gỗ có thể nổi trên mặt nước chính là nhờ vào lực đẩy Acsimet. Hãy theo dõi các bài viết sau của chúng tôi để được giải đáp các hiện tượng vật lý thú vị nhé.
