Tại sao cây kim lại chìm trong nước?

Tại sao một cây kim có thể chìm trong nước?

Trái ngược với trực giác của nhiều người, một cây kim hình sợi mỏng thực sự có thể chìm trong nước bất chấp mật độ cao hơn của kim loại. Bí ẩn nằm ở hiện tượng được gọi là lực đẩy Ác-si-mét, một lực nâng nổi hướng lên tác động lên bất kỳ vật thể nào chìm trong chất lỏng.

Nguyên lý lực đẩy Ác-si-mét

Lực đẩy Ác-si-mét được đặt theo tên nhà vật lý và nhà toán học người Hy Lạp Archimedes, người đã khám phá ra nguyên lý này vào thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. Theo nguyên lý này, lực đẩy hướng lên tác dụng lên một vật thể trong chất lỏng bằng trọng lượng của chất lỏng bị vật thể chiếm chỗ.

Áp dụng vào cây kim

Khi một cây kim được thả vào nước, nó sẽ chiếm chỗ một lượng nước có thể tích bằng thể tích của chính cây kim. Mặc dù mật độ của kim loại cao hơn mật độ của nước, nhưng diện tích bề mặt nhỏ của cây kim dẫn đến lực đẩy Ác-si-mét tác động lên nó nhỏ hơn trọng lượng của chính cây kim.

Sự chênh lệch giữa trọng lượng và lực đẩy

Sự chênh lệch này giữa trọng lượng của cây kim và lực đẩy Ác-si-mét tác động lên nó làm cho trọng lực chiếm ưu thế. Trọng lực kéo cây kim xuống dưới trong khi lực đẩy Ác-si-mét cố gắng đẩy nó lên trên.

Độ chìm của cây kim

Do sự chênh lệch giữa trọng lượng và lực đẩy, cây kim sẽ chìm dần và đạt tới một độ sâu nơi trọng lượng của nước bị nó chiếm chỗ bằng với trọng lượng của chính cây kim. Ở độ sâu này, cây kim đạt được trạng thái cân bằng, nghĩa là lực đẩy Ác-si-mét hướng lên đủ mạnh để chống lại trọng lượng của nó hướng xuống.

Kết luận

Vì vậy, bất chấp mật độ cao, một cây kim có thể chìm trong nước do diện tích bề mặt nhỏ của nó dẫn đến lực đẩy Ác-si-mét nhỏ hơn trọng lượng của nó. Sự hiểu biết về nguyên lý lực đẩy Ác-si-mét này giúp giải thích nhiều hiện tượng trong cuộc sống hàng ngày, từ việc thuyền nổi trên mặt nước đến cách các vật thể chìm trong chất lỏng.