Một học sinh dùng lực kế để đo trọng lượng của một vật (làm từ kim loại) trong không khí thì được kết quả là 2,0 N. Khi nhúng toàn bộ hệ vào trong nước thì lực kế chỉ 1,2 N. Biết trọng lượng riêng của nước là 10 000 N/m. Phát biểu nào sau đây đúng?
Lời giải chi tiết
Để xác định phương án đúng, chúng ta cần nhớ lại các kiến thức liên quan đến lực đẩy Archimedes và trọng lượng của vật khi nhúng vào chất lỏng.
1. Khi nhúng một vật vào chất lỏng, vật chịu tác dụng của lực đẩy Archimedes hướng từ dưới lên. Theo định luật Archimedes, lực này có độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng bị chiếm chỗ:
\( F_{A} = \rho_{l} \cdot V \cdot g \), với:
\( \rho_{l} \) là khối lượng riêng của chất lỏng,
\( V \) là thể tích của phần chất lỏng bị chiếm chỗ (cũng là thể tích của vật),
\( g \) là gia tốc trọng trường.
2. Khi đo trọng lượng của vật (với lực kế) trong không khí thì không có lực đẩy Archimedes đáng kể, nhưng khi đo trong nước, lực đẩy Archimedes sẽ làm giảm số chỉ của lực kế.
Phân tích từng lựa chọn:
A. Sai - Vì lực hút của Trái Đất (trọng lực) luôn không đổi. Trọng lượng của vật chỉ giảm khi nhúng trong nước do ảnh hưởng của lực đẩy Archimedes.
B. Đúng - Vì số chỉ của lực kế giảm do lực đẩy Archimedes. Độ lớn của trọng lực tác dụng lên vật không thay đổi.
C. Sai - Độ lớn của lực đẩy Archimedes đã được xác định từ chênh lệch số chỉ lực kế: \( 2,0 \text{ N} - 1,2 \text{ N} = 0,8 \text{ N} \).
D. Sai - Thể tích của vật được xác định từ công thức \( F_{A} = \rho_{l} \cdot V \cdot g \). Với \( F_{A} = 0,8 \text{ N} \), \( \rho_{l} = 10000 \text{ N/m}^3 \), tính ra \( V = 0,8 \times 10^{-4} \text{ m}^3 = 80 \text{ cm}^3 \).
Do đó, câu trả lời đúng là phương án B.
Chú ý khi giải
Khi làm bài tập về lực đẩy Archimedes, học sinh cần chú ý: