Câu 2.44 trang 28 SBT Vật lý 10 - Cánh diều: Tính lực đẩy lên khối lập phương do chênh lệch áp suất này gây ra...

Một khối lập phương có cạnh 0,20 m nổi trên mặt nước như hình 2.8, phần chìm dưới nước cao 0,15 m. Khối lượng riêng của nước là 1000kg/m³.

a. Tính chênh lệch áp suất tác dụng lên mặt đáy và mặt trên của khối lập phương.

b. Tính lực đẩy lên khối lập phương do chênh lệch áp suất này gây ra. Lực này chính là lực đẩy Archimedes của nước lên khối lập phương. Cách tính lực đẩy của nước lên khối lập phương có gì khác nếu cả khối nằm trong nước?

c. Giải thích tại sao nếu khối lập phương là vật đặc đồng chất thì có thể xác định được chất liệu của nó qua thí nghiệm này.

Lời giải chi tiết:

a. Do mặt trên của khối lập phương không nằm trong nước, không chịu tác dụng của áp suất nước nên chênh lệch áp suất tác dụng lên mặt đáy và mặt trên của khối lập là:

Δp = ρ.g.Δh = 1000 . 10 . 0,15 = 1500 (Pa)

b. Lực đẩy của nước lên đáy của khối lập phương:

F = Δp.S = 1500 . (0,20 . 0,20) = 60 (N)

Nếu cả khối lập phương nằm trong nước thì lực đẩy của nước lên khối lập phương là hợp lực của áp lực lên mặt đáy và lên mặt trên của khối. Vì áp suất của nước lên đáy lớn hơn lên mặt trên nên hợp lực có chiều đẩy khối lập phương lên.

c. Khối lập phương chịu tác dụng của trọng lực và lực đẩy Archimedes của nước. Vì vật nằm yên trên mặt thoáng nên hai lực này là hai lực cân bằng, ta có:

F = P = 60 N

Nếu khối lập phương là vật đặc đồng chất thì trọng lượng của vật được tính qua khối lượng riêng của chất liệu:

P=ρ_vgV

Do đó, ta có thể tính được ρ_v tức là xác định được chất liệu của khối lập phương.