Giải KHTN 8 Bài 17 (Chân trời sáng tạo): Áp suất trong chất lỏng

Giải KHTN 8 Bài 17: Áp suất trong chất lỏng

Giải KHTN 8 trang 84

Mở đầu trang 84 KHTN 8: Thả một viên đất sét vào chậu nước, viên đất sét chìm. Có cách nào để viên đất sét nổi trên mặt nước hay không?

Trả lời:

Để viên đất sét nổi trên mặt nước ta nặn viên đất sét đó thành hình dạng bất kì sao cho lực đẩy của nước tác dụng lên viên đất sét lớn hơn trọng lực của nó.

1. Sự truyền áp suất của chất lỏng

Câu hỏi thảo luận trang 84 KHTN 8: Khảo sát sự tồn tại áp suất của chất lỏng

Dụng cụ: một ống trụ thủy tinh hở hai đầu, đĩa nhựa D hình tròn (đường kính lớn hơn đường kính ống trụ), dây buộc ở giữa đĩa, chậu thủy tinh, nước.

Cách tiến hành:

- Ban đầu, ta dùng dây kéo đĩa nhựa lên để đĩa áp sát vào đáy của ống trụ (Hình 17.1a).

- Nhấn ống trụ cùng với đĩa nhựa vào sâu trong nước rồi buông tay không kéo sợi dây nữa (Hình 17.1b).

- Xoay ống trụ theo các hướng khác nhau.

Hãy quan sát vị trí của đĩa nhựa so với vị trí của ống trụ trong các trường hợp trên.

Trả lời:

Ta thấy đĩa nhựa vẫn gắn sát với đáy của ống trụ.

Câu hỏi thảo luận trang 84 KHTN 8:

a. Khi nhúng trong chất lỏng, đĩa nhựa có rời khỏi đáy ống trụ không? Giải thích vì sao.

b. Khi xoay ống trụ theo nhiều hướng khác nhau, đĩa nhựa có rời khỏi đáy ống trụ không?

c. Nêu kết luận về sự tồn tại áp suất của chất lỏng.

Trả lời:

a. Khi nhúng trong chất lỏng, đĩa nhựa không rời khỏi đáy ống trụ vì chất lỏng đã tác dụng áp suất lên đáy bình.

b. Khi xoay ống trụ theo nhiều hướng khác nhau, đĩa nhựa không rời khỏi đáy ống trụ.

c. Kết luận về sự tồn tại áp suất của chất lỏng: Chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương lên các vật ở trong lòng nó.

Giải KHTN 8 trang 85

Câu hỏi thảo luận 2 trang 85 KHTN 8: Nêu kết luận về hướng và độ lớn trong sự truyền áp suất của chất lỏng.

Trả lời:

Áp suất tác dụng vào chất lỏng sẽ được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.

Câu hỏi thảo luận 3 trang 85 KHTN 8: Nêu thêm một số ví dụ về sự truyền áp suất của chất lỏng trong thực tế.

Trả lời:

Ví dụ về sự truyền áp suất của chất lỏng trong thực tế:

- Lấy 1 quả bóng chứa đầy nước và tạo các lỗ khác nhau ở các vị trí khác nhau và nhấn quả bóng, chúng ta có thể thấy rằng nước chảy ra.

- Thang máy thủy lực: có cấu tạo và hoạt động dựa trên hệ thống piston thủy lực mà ở đó, dầu đóng vai trò quan trọng khi vừa là môi chất để truyền lực, vừa là chất bôi trơn bề mặt tiếp xúc.

- Kích thủy lực: thiết bị hoạt động dựa vào piston cùng cơ chế áp suất.

Luyện tập trang 85 KHTN 8:

Một máy thủy lực gồm hai pit – tông có các tiết diện s và S. Tính tỉ số $\frac{S}{s}$để máy thủy lực này có thể nâng một vật có trọng lượng gấp 10 lần lực tác dụng.

Trả lời:

Khi tác dụng một lực f lên pit – tông nhỏ có diện tích s, lực này gây ra áp suất $p=\frac{f}{s}$lên chất lỏng. Áp suất này được truyền nguyên vẹn tới pit – tông lớn có diện tích S và gây nên lực nâng F lên pit – tông này:

$F=p.S=\frac{f.S}{s}$ $\Rightarrow \frac{S}{s}=\frac{F}{f}=\frac{P}{f}=\frac{10f}{f}=10$

Giải KHTN 8 trang 86

2. Định luật Archimedes

Câu hỏi thảo luận trang 86 KHTN 8: Thí nghiệm khảo sát lực đẩy Archimedes

Chuẩn bị: lực kế, giá đỡ, cốc nhựa A và cốc đong B, bình tràn, các vật rắn C đặc hình trụ bằng kim loại có thể tích khác nhau, móc treo, nước, nước muối, rượu.

Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Treo lực kế vào giá đỡ. Gắn một vật C và cốc A (chưa đựng nước) vào đầu dưới của lực kế. Đọc số chỉ P₁ của lực kế (Hình 17.5a).

Bước 2: Đổ nước vào sát miệng bình tràn. Nhúng vật vào bình tràn sao cho vật ngập trong nước. Đọc số chỉ P₂ của lực kế (Hình 17.5b). Đo thể tích phần nước tràn ra ngoài bằng cốc đong B.

Hiệu F_A = P₁ – P₂ là độ lớn lực đẩy của nước tác dụng lên vật chính là độ lớn lực đẩy Archimedes.

Bước 3: Đổ nước từ cốc B vào cốc A. Đọc số chỉ P₃ của lực kế (Hình 17.5c). Như vậy, trọng lượng nước thêm vào cốc A là P_N = P₃ – P₂.

Bước 4: Thay vật C bằng các vật khác có thể tích khác nhau. Lặp lại các bước 1, 2, 3 và ghi các kết quả vào Bảng 17.1.

Bước 5: Chọn vật C cố định và lặp lại các bước 1, 2, 3 với một chất lỏng có khối lượng riêng khác nước (rượu, nước muối). Ghi kết quả vào Bảng 17.2.

Trả lời:

Sau khi làm thí nghiệm với các bước ta thu được số liệu cho Bảng 17.1 và Bảng 17.2 như sau: (Số liệu minh họa, các em tham khảo)

Giả sử chọn vật có V = 100 cm³ để thực hiện thí nghiệm với chất lỏng (rượu, nước muối).

Câu hỏi thảo luận 4 trang 86 KHTN 8: Mô tả phương và chiều của lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật khi vật được nhúng trong nước.

Trả lời:

Lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật khi vật được nhúng trong nước có đặc điểm:

- Phương: thẳng đứng.

- Chiều: hướng từ dưới lên trên.

Câu hỏi thảo luận 5 trang 86 KHTN 8: Từ Bảng 17.1, hãy cho biết độ lớn lực đẩy Archimedes của nước tác dụng lên vật thay đổi như thế nào nếu tăng hoặc giảm thể tích của vật.

Trả lời:

Giả sử ta có số liệu ở bảng 17.1 như dưới đây:

- Khi tăng thể tích vật chìm trong chất lỏng thì độ lớn lực đẩy Archimedes của nước tác dụng lên vật tăng theo.

- Khi giảm thể tích vật chìm trong chất lỏng thì độ lớn lực đẩy Archimedes của nước tác dụng lên vật giảm theo.

Độ lớn lực đẩy Archimedes của nước tác dụng lên vật tỉ lệ thuận với phần thể tích vật bị nhúng chìm trong chất lỏng.

Giải KHTN 8 trang 87

Câu hỏi thảo luận 6 trang 87 KHTN 8: Từ Bảng 17.2, hãy cho biết độ lớn lực đẩy Archimedes của chất lỏng tác dụng lên vật thay đổi như thế nào với các chất lỏng có khối lượng riêng khác nhau.

Trả lời:

Giả sử ta có số liệu ở bảng 17.2 như dưới đây:

Độ lớn lực đẩy Archimedes của chất lỏng tác dụng lên vật khác nhau với chất lỏng có khối lượng riêng khác nhau.

Khối lượng riêng của chất lỏng càng lớn thì độ lớn lực đẩy Archimedes của chất lỏng tác dụng lên vật càng lớn.

Câu hỏi thảo luận 7 trang 87 KHTN 8: Từ các Bảng 17.1 và 17.2, nêu kết luận về độ lớn của lực đẩy Archimedes của chất lỏng.

Trả lời:

Giả sử ta có số liệu ở bảng 17.1, 17.2 như dưới đây:

Độ lớn của lực đẩy Archimedes của chất lỏng phụ thuộc vào khối lượng riêng của chất lỏng và phần thể tích vật chìm trong chất lỏng.

Luyện tập 1 trang 87 KHTN 8: Một học sinh thực hiện thí nghiệm như Hình 17.5 và thu được các số liệu sau: P₁ = 1,7 N; P₂ = 0,7 N; P₃ = 1,7 N.

a. Tính độ lớn lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật.

b. Nếu thể tích của vật là 84 cm³ thì chất lỏng dùng trong thí nghiệm là nước hay nước muối?

Trả lời:

a. Độ lớn lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật là

F_A = P₁ – P₂ = 1,7 – 0,7 = 1 (N)

b. Ta có: F_A = d. V $\Rightarrow d=\frac{F_A}{V}=\frac{1}{{84.10}^{-6}}\approx 11905N/m^3$

Với kết quả trọng lượng riêng thu được, ta thấy tương ứng với trọng lượng riêng của nước muối.

Giải KHTN 8 trang 88

3. Điều kiện về vật nổi, vật chìm

Câu hỏi thảo luận 8 trang 88 KHTN 8:

a. Khi pha muối vào nước, khối lượng riêng của nước muối thay đổi như thế nào?

b. Giải thích vì sao khi pha thêm muối vào nước thì quả trứng có xu hướng nổi lên.

Trả lời:

a. Khi pha muối vào nước, khối lượng riêng của nước muối tăng lên.

b. Khi pha thêm muối vào nước thì quả trứng có xu hướng nổi lên vì khối lượng riêng của quả trứng nhỏ hơn khối lượng riêng của nước muối hay độ lớn lực đẩy Archimedes của nước muối lớn hơn trọng lượng của quả trứng nên đẩy quả trứng chuyển động thẳng lên phía trên mặt nước.

Luyện tập 2 trang 88 KHTN 8: Hai quả cầu có thể tích bằng nhau, làm bằng gỗ và nhôm được thả vào nước. Giải thích vì sao quả cầu nhôm thì bị chìm, quả cầu gỗ lại nổi trong nước.

Trả lời:

- Quả cầu nhôm bị chìm do khối lượng riêng của quả cầu nhôm lớn hơn khối lượng riêng của nước.

- Quả cầu gỗ nổi trong nước do khối lượng riêng của quả cầu gỗ nhỏ hơn khối lượng riêng của nước.

Vận dụng 1 trang 88 KHTN 8: Quan sát hình bên, cho biết làm thế nào để tàu ngầm lặn sâu hoặc nổi lên trên mặt biển.

Trả lời:

- Để tàu ngầm lặn xuống sâu thì người ta bơm nước vào khoang chứa nước ở trong tàu làm tăng trọng lượng của tàu ngầm cho tới khi lớn hơn lực đẩy của nước và tàu xuống tới độ sâu phù hợp yêu cầu thì dừng bơm nước.

- Để tàu ngầm nổi trên mặt biển, người ta mở van xả nước, dùng không khí nén ở khoang Air tank có áp lực cực lớn giúp đẩy nước trong khoang qua van xả chảy ra ngoài. Khi xả nước, trọng lượng tàu giảm giúp tàu nổi lên khỏi mặt nước.

Vận dụng 2 trang 88 KHTN 8: Giải quyết vấn đề đã nêu ở phần Mở đầu bài học.

Trả lời:

Công thức tính lực đẩy Archimedes: F_a= d. V

Cùng là một viên đất sét thì khối lượng riêng của nó không thể thay đổi, để nó có thể nổi hay chìm chúng ta sẽ làm thay đổi phần thể tích chất lỏng bị vật chiếm chỗ. Để viên đất sét nổi trên mặt nước ta có thể nặn viên đất sét thành các hình dạng khác nhau như: quả chuối, cái thuyền, … giúp thể tích chất lỏng bị vật chiếm chỗ tăng lên hay trọng lượng của vật nhỏ hơn độ lớn lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật.

Lý thuyết Áp suất trong chất lỏng

1. Sự truyền áp suất của chất lỏng

- Áp suất tác dụng vào chất lỏng sẽ được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.

* Ví dụ: Trong hệ thống phanh của ô tô, người ta dùng chất lỏng là dầu (còn gọi là dầu phanh) để truyền áp suất. Khi đạp vào chân phanh, pit-tông sẽ nén chất lỏng, tạo nên áp suất truyền nguyên vẹn đến hệ thống phanh của các bánh xe, đảm bảo an toàn cho xe.

2. Định luật Archimedes

- Nếu đưa một vật vào trong chất lỏng thì chất lỏng tác dụng lực đẩy, gọi là lực đẩy Archimedes. Lực này có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên, độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ.

3. Điều kiện về vật nổi, vật chìm

- Gọi FA là lực đẩy Archimedes, Pv là trọng lượng của vật, Dy là khối lượng riêng của vật, Do là khối lượng riêng của chất lỏng. Một vật được nhúng trong chất lỏng thì:

+ Vật nổi lên khi: Fa > Pv hay: Do > Dy

+ Vật chìm xuống khi: FA < Pv hay: Do < Dv

+ Vật lơ lửng trong chất lỏng khi: FA = Pv hay: Do = Dv