Khối lượng riêng và áp suất (KHTN 8): công thức, lực đẩy Archimedes và bài tập

Chủ đề Khối lượng riêng và áp suất trong Khoa học tự nhiên 8 có nhiều công thức và đơn vị dễ nhầm, lại gắn với rất nhiều hiện tượng quen thuộc: vì sao dao sắc cắt dễ hơn, vì sao tàu sắt nổi được trên nước, vì sao tai ù khi lặn sâu. Bài viết tóm tắt lý thuyết, công thức và cách làm các dạng bài thường gặp.

Khối lượng riêng

Khối lượng riêng cho biết khối lượng của một đơn vị thể tích chất:

D = m / V

• m là khối lượng (kg), V là thể tích (m³), D là khối lượng riêng (kg/m³).
• Đổi đơn vị: 1 g/cm³ = 1000 kg/m³.
• Khối lượng riêng của nước khoảng 1000 kg/m³.

Để đo khối lượng riêng của một vật: dùng cân đo khối lượng, dùng bình chia độ (hoặc đo kích thước với vật có hình dạng đều) để đo thể tích, rồi tính D = m / V.

Ví dụ 1. Một khối gỗ có khối lượng 0,6 kg, thể tích 0,001 m³. Khối lượng riêng D = 0,6 / 0,001 = 600 kg/m³, nhỏ hơn của nước nên khối gỗ nổi.

Áp suất trên một bề mặt

Áp lực là lực ép vuông góc với mặt bị ép. Áp suất là độ lớn áp lực trên một đơn vị diện tích:

p = F / S

• F là áp lực (N), S là diện tích bị ép (m²), p là áp suất, đơn vị Pa (1 Pa = 1 N/m²).

Ví dụ 2. Một người nặng 50 kg (trọng lượng 500 N) đứng bằng hai chân, tổng diện tích tiếp xúc 0,04 m². Áp suất p = 500 / 0,04 = 12 500 Pa. Khi đứng một chân, diện tích giảm một nửa nên áp suất tăng gấp đôi: 25 000 Pa.

Tăng, giảm áp suất: muốn tăng áp suất thì tăng áp lực hoặc giảm diện tích bị ép (mài sắc dao, mũi đinh nhọn); muốn giảm áp suất thì giảm áp lực hoặc tăng diện tích bị ép (móng nhà rộng, xe tăng dùng bánh xích).

Áp suất chất lỏng và áp suất khí quyển

• Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật ở trong nó.
• Càng xuống sâu, áp suất chất lỏng càng lớn. Đó là lý do thợ lặn ở độ sâu lớn phải mặc bộ đồ chịu áp suất, và đập thủy điện được xây phần chân dày hơn phần đỉnh.
• Nhiều bài tập nâng cao dùng công thức p = d · h, với d là trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m³) và h là độ sâu (m).
• Không khí cũng có trọng lượng nên gây ra áp suất khí quyển lên mọi vật trên Trái Đất theo mọi phương. Ví dụ quen thuộc: uống nước bằng ống hút, hộp sữa giấy bị móp khi hút hết không khí bên trong.

Lực đẩy Archimedes

Vật nhúng trong chất lỏng bị chất lỏng đẩy lên một lực hướng thẳng đứng lên trên, gọi là lực đẩy Archimedes. Độ lớn bằng trọng lượng phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ:

F = d · V

• d là trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m³); với nước, d = 10 000 N/m³.
• V là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m³).

Ví dụ 3. Một vật thể tích 0,0002 m³ nhúng chìm hoàn toàn trong nước chịu lực đẩy F = 10 000 · 0,0002 = 2 N.

Vật nổi, chìm khi nào: so sánh trọng lượng P của vật với lực đẩy Archimedes F khi vật chìm hoàn toàn: F < P thì vật chìm; F > P thì vật nổi lên; F = P thì vật lơ lửng. Với vật đặc, có thể so sánh nhanh khối lượng riêng của vật với của chất lỏng.

Bài tập tự luyện (có đáp số)

1. Một khối nhôm có khối lượng 2,7 kg, thể tích 0,001 m³. Tính khối lượng riêng. Đáp số: 2700 kg/m³.
2. Một thùng hàng nặng 600 N đặt trên sàn, diện tích mặt tiếp xúc 0,3 m². Tính áp suất lên sàn. Đáp số: 2000 Pa.
3. Một vật thể tích 0,0005 m³ nhúng chìm hoàn toàn trong nước. Tính lực đẩy Archimedes. Đáp số: 5 N.
4. Một quả cầu có khối lượng 0,2 kg, thể tích 0,0003 m³ được giữ chìm hoàn toàn trong nước rồi thả ra. Quả cầu nổi lên hay chìm xuống? Đáp số: trọng lượng P = 2 N, lực đẩy khi chìm hoàn toàn F = 3 N > P nên quả cầu nổi lên.
5. (Nâng cao) Tính áp suất do nước gây ra tại độ sâu 2 m, biết trọng lượng riêng của nước là 10 000 N/m³. Đáp số: p = d · h = 10 000 · 2 = 20 000 Pa.

Lỗi thường gặp

• Không đổi diện tích từ cm² sang m² (1 cm² = 0,0001 m²).
• Nhầm khối lượng (kg) với trọng lượng (N); trọng lượng xấp xỉ bằng 10 lần số đo khối lượng.
• Dùng thể tích cả vật thay cho thể tích phần chìm khi vật nổi.
• Nhầm khối lượng riêng (kg/m³) với trọng lượng riêng (N/m³).

Học chắc phần Vật lý KHTN 8

Đây là phần nhiều công thức, cần luyện đủ dạng bài mới chắc. Phụ huynh có thể xem gia sư Khoa học tự nhiên lớp 8, gia sư Vật lý THCS hoặc trang gia sư lớp 8.

Câu hỏi thường gặp

Khối lượng riêng và trọng lượng riêng khác nhau thế nào? Khối lượng riêng là khối lượng của 1 m³ chất (kg/m³); trọng lượng riêng là trọng lượng của 1 m³ chất (N/m³), xấp xỉ bằng 10 lần khối lượng riêng.

Vì sao tàu bằng thép vẫn nổi trên nước? Vì tàu rỗng, chiếm chỗ một thể tích nước rất lớn nên lực đẩy Archimedes đủ cân bằng với trọng lượng tàu.

Áp suất khí quyển có đổi theo độ cao không? Có. Càng lên cao, lớp không khí phía trên càng mỏng nên áp suất khí quyển càng giảm.

Pa có phải là đơn vị duy nhất của áp suất? Trong chương trình, Pa (N/m²) là đơn vị chính. Thực tế còn dùng bar hoặc atm, ví dụ áp suất lốp xe.