Kiến thức Phổ thông

Định nghĩa lực nổi là gì: khám phá, nguyên tắc và các quan sát thực nghiệm

Lực nổi (sức nổi) là gì?

Sức nổi là lực cho phép thuyền và các vật thể nổi trên mặt nước. Thuật ngữ lực nổi dùng để chỉ lực hướng lên mà chất lỏng (có thể là chất lỏng hoặc chất khí) tác dụng lên một vật thể được nhúng một phần hoặc hoàn toàn vào chất lỏng. Lực nổi cũng giải thích tại sao chúng ta có thể nâng vật thể dưới nước dễ dàng hơn trên đất liền.

Thuật ngữ lực nổi dùng để chỉ lực hướng lên mà chất lỏng tác dụng lên một vật thể được nhúng một phần hoặc hoàn toàn vào chất lỏng. Lực nổi phát sinh từ sự khác biệt về áp suất thủy tĩnh – áp suất tác động bởi một chất lỏng tĩnh. Nguyên lý Archimedes nói rằng lực nổi tác dụng lên một vật bị ngập một phần hoặc hoàn toàn trong chất lỏng bằng trọng lượng của chất lỏng bị vật dịch chuyển.

Eureka: Quan sát đầu tiên về sức nổi

Theo kiến ​​trúc sư La Mã Vitruvius, nhà toán học và triết gia người Hy Lạp Archimedes lần đầu tiên phát hiện ra sức nổi vào thế kỷ thứ 3 trước Chúa Trong khi bối rối về một vấn đề đặt ra cho ông bởi Vua Hiero II của Syracuse. Vua Hiero nghi ngờ rằng vương miện vàng của mình, được làm theo hình vòng hoa, không thực sự được làm bằng vàng nguyên chất, mà là hỗn hợp vàng và bạc. Trong khi tắm, Archimedes nhận thấy rằng ông càng chìm vào bồn tắm, nước chảy ra càng nhiều. Ông cũng nhận ra đây là câu trả lời cho tình trạng khó khăn của mình, và vội vã về nhà trong khi la toáng lên “Eure Eureka!” ((Tôi đã tìm thấy nó rồi).

Archimedes quan sát thấy rằng khối bạc khiến cho nước chảy ra khỏi tàu nhiều hơn so với vàng. Tiếp theo, ông quan sát thấy chiếc vương miện “vàng” của mình khiến nhiều nước chảy ra khỏi tàu hơn vật vàng nguyên chất mà ông đã tạo ra, mặc dù hai chiếc vương miện có cùng trọng lượng. Do đó, Archimedes đã chứng minh rằng vương miện của ông thực sự chứa bạc.

Mặc dù câu chuyện này minh họa cho nguyên tắc nổi, nó có thể là một huyền thoại. Archimedes không bao giờ tự viết ra câu chuyện. Hơn nữa, trong thực tế, nếu một lượng nhỏ bạc thực sự được hoán đổi cho vàng, thì lượng nước thay thế sẽ quá nhỏ để có thể đo được một cách đáng tin cậy. Trước khi phát hiện ra độ nổi, người ta tin rằng một hình dạng vật thể xác định liệu nó có nổi hay không.

Độ nổi và áp suất thủy tĩnh

Lực nổi phát sinh từ sự khác biệt về áp suất thủy tĩnh – áp suất tác động bởi một chất lỏng tĩnh. Một quả bóng được đặt cao hơn trong chất lỏng sẽ chịu áp lực ít hơn so với quả bóng được đặt xa hơn. Điều này là do có nhiều chất lỏng hơn, và do đó trọng lượng nhiều hơn, tác động lên quả bóng khi nó ở sâu hơn trong chất lỏng. Do đó, áp suất ở đỉnh của một vật thể yếu hơn áp suất ở phía dưới. Áp lực có thể được chuyển đổi thành lực bằng công thức Force = Áp suất x Diện tích. Có một lực ròng hướng lên trên. Lực ròng này – hướng lên trên bất kể hình dạng đối tượng – là lực nổi.

Áp suất thủy tĩnh được cho bởi P = rgh, trong đó r là mật độ của chất lỏng, g là gia tốc do trọng lực và h là độ sâu bên trong chất lỏng. Áp suất thủy tĩnh không phụ thuộc vào hình dạng của chất lỏng.

Nguyên tắc Archimedes

Nguyên lý Archimedes nói rằng lực nổi tác dụng lên một vật bị ngập một phần hoặc hoàn toàn trong chất lỏng bằng trọng lượng của chất lỏng bị vật dịch chuyển. Điều này được biểu thị bằng công thức F = rgV, trong đó r là mật độ của chất lỏng, g là gia tốc do trọng lực và V là thể tích của chất lỏng bị vật dịch chuyển. V chỉ bằng thể tích của vật nếu nó bị ngập hoàn toàn.

Lực nổi là một lực hướng lên chống lại lực hấp dẫn đi xuống. Độ lớn của lực nổi xác định liệu một vật thể sẽ chìm, nổi hoặc nổi lên khi chìm trong chất lỏng.

  • Một vật sẽ chìm nếu lực hấp dẫn tác dụng lên nó lớn hơn lực nổi.
  • Một vật sẽ nổi nếu lực hấp dẫn tác dụng lên nó bằng với lực nổi.
  • Một vật sẽ nổi lên nếu lực hấp dẫn tác dụng lên nó nhỏ hơn lực nổi.

Các vật chìm dưới nước có thể tích bằng nhau sẽ thay thế cùng một lượng chất lỏng và trải nghiệm cùng một cường độ lực nổi, ngay cả khi các vật thể được làm bằng các vật liệu khác nhau. Tuy nhiên, những vật thể này sẽ khác nhau về trọng lượng và sẽ nổi, tăng hoặc chìm. Không khí, có mật độ thấp hơn khoảng 800 lần so với nước, sẽ có lực nổi ít hơn nhiều so với nước.

Xem thêm:

Nhiệt độ tiềm ẩn là gì? Định nghĩa và ví dụ

Định nghĩa nhiệt ẩn Nhiệt ẩn cụ thể (L) được định nghĩa là lượng năng lượng nhiệt (nhiệt, Q) được ...
Xem thêm

Năng lượng nhiệt là gì?

Xác định năng lượng nhiệt Hầu hết mọi người sử dụng từ nhiệt để mô tả một cái gì đó ...
Xem thêm

Đa vũ trụ là gì? Liệu nó có khác với Vũ trụ song song không?

Đa vũ trụ là gì? Đa vũ trụ là một khung lý thuyết trong vũ trụ học hiện đại (và ...
Xem thêm

Năng lượng điện trường là gì?

Năng lượng của điện trường là kết quả của sự kích thích không gian được truyền bởi điện trường. Nó ...
Xem thêm

Số Steric là gì? Định nghĩa và tính toán số Steric

Định nghĩa số Steric Số Steric là số nguyên tử liên kết với một nguyên tử trung tâm của một ...
Xem thêm

Tìm hiểu: Hạt Neutron là gì?

Hạt neutron là gì? Neutron là hạt hạ nguyên tử trung tính, là thành phần của mọi hạt nhân nguyên ...
Xem thêm
Back to top button
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker