Bài 10. Lực đẩy Ác-si-mét

I. Tác dụng của chất lỏng lên vật nhúng chìm trong nó

1. Một quả bóng đang nổi trên mặt nước. Ấn cho quả bóng chìm vào trong nước.

Khi ta buông, không ấn vào quả bóng nữa, thấy nó tự nổi lên. 

2. Treo một vật vafp lực kế, lực kế chỉ giá trị \(P\). Nhúng vật nặng chìm trong nước, lực kế chỉ giá trị \(P_1\).

Ta thấy \(P_1< P\).

Từ các thí nghiệm trên và nhiều khảo sát, thực nghiệm khác, người ta đi đến một kết luận:

Một vật nhúng trong chất lỏng bị chất lỏng tác dụng một lực đẩy theo phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên.

Lực đẩy của chất lỏng lên một vật nhúng trong nó do nhà bác học Ác-si-mét (287-212 trước Công nguyên) người Hi Lạp phát hiện ra đầu tiên, nên được gọi là lực đẩy Ác-si-mét.

II. Độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét

1. Dự đoán

Truyền thuyết kể rằng, một hôm Ác-si-mét đang nằm trong bồn tắm đầy nước chợt phát hiện ra rằng ông nhấn chìm người trong nước càng nhiều thì lực đẩy do nước tác dụng lên ông càng mạnh, nghĩa là thể tích phần nước bị ông chiếm chỗ càng lớn thì lực đẩy của nước càng mạnh.

Dựa trên nhận xét này, Ác-si-mét dự đoán là độ lớn của lực đẩy lên vật nhúng trong chất lỏng bằng trọng lượng của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.

2. Thí nghiệm kiểm tra

Bằng nhiều thí nghiệm khác nhau người ta đã khẳng định được dự đoán trên là đúng.

Nếu gọi \(V\) là thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ và \(d\) là trọng lượng riêng của chất lỏng, thì độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét được tính bằng công thức:

\(F_A=d.V\)

Có thể em chưa biết

Một huyền thoại kể rằng có lần đức vua Hi-ê-rôn sai một người thợ kim hoàn chế tạo một mũ miện bằng vàng.

Ngờ rằng người thợ thiếu lương tâm kia đã biển thủ một số vàng và thay vào đó một số bạc, nhà vua cho gọi Ác-si-mét đến và phán: "Đây là chiếc vương miện của trẫm. Không được làm hỏng mũ, nhà ngươi phải tìm ra trong này có pha bạc không?"

Ác-si-mét lo lắng, ngày đêm suy nghĩ tìm cách giải bài toán hóc hiểm này. Lúc ăn ông cũng nghĩ đến nó, lúc đi dạo ông cũng nghĩ đến nó, thậm chí lúc tắm ông cũng nghĩ đến nó.

Một hôm, Ác-si-mét vào tắm trong nhà tắm công cộng, mà đầu óc vẫn đang bị chiếc vương miện ám ảnh. Khi thả mình vào bồn tắm, ông bỗng nhận xét thấy một điều mà lâu nay không ai để ý đến. Ông cảm thấy khi dìm mình trong nước, thân thể mình có vẻ nhẹ nhõm hơn, tựa như có cái gì đấy nó từ dưới, nâng nó lên cao. Một ý nghĩa mới mẻ loé sáng trong đầu ông. Quên cả mặc áo quần, ông phấn khởi nhảy ra khỏi bồn tắm, chạy thẳng ra ngoài phố và mừng rỡ reo vang: "Eureka! Eureka!" (nghĩa là: Tìm ra rồi! Tìm ra rồi!).

Ông đã tìm ra một định luật mới cho phép giải bài toán của Hi-ê-rôn. Đó là định luật về sức đẩy của một chất lỏng lên một vật nhúng vào chất đó. Sau này định luật đó được gọi là định luật Ác-si-mét.