Làm thế nào tìm khối lượng riêng của vật từ phần ngập trong hai lớp chất lỏng?
Trả lời trọng tâm
Khi vật nổi tự do qua hai lớp chất lỏng không trộn, tổng khối lượng chất lỏng bị chiếm chỗ bằng khối lượng vật. Biết thể tích ngập trong từng lớp và khối lượng riêng hai chất lỏng, ta tính được khối lượng vật rồi chia cho thể tích toàn vật. Đây là phép xác định định lượng, không chỉ nhận biết vật dừng ở mặt phân cách.
Ví dụ và phân tích
Một vật kín ngập hoàn toàn qua hai lớp: 50 cm³ nằm trong dầu có khối lượng riêng 0,8 g/cm³, 50 cm³ trong nước 1 g/cm³. Khối lượng chất lỏng bị chiếm chỗ là 0,8 × 50 + 1 × 50 = 90 g. Vật nổi cân bằng nên có khối lượng 90 g. Tổng thể tích 100 cm³ cho khối lượng riêng 0,9 g/cm³. Không cần cân trực tiếp vật trong mô hình đã cho.
Cách kiểm tra
Trên hình, xác định mặt phân cách rồi tô hai phần thể tích bằng hai màu. Tính riêng khối lượng chất lỏng bị chiếm chỗ ở mỗi phần trước khi cộng. Không coi 50 cm³ là 50 g với mọi chất lỏng. Chỉ khảo sát sơ đồ hoặc mô hình nước và dầu thực phẩm do giáo viên chuẩn bị.
Ứng dụng
Cách suy ngược này rèn việc dùng trạng thái cân bằng để tìm một đại lượng chưa đo trực tiếp. Có thể kiểm kết quả: 0,9 g/cm³ nằm giữa 0,8 và 1 g/cm³, phù hợp việc vật nằm vắt qua ranh giới trong mô hình.
Điều kiện và giới hạn
Vật phải kín, không thấm, không hòa tan, không chạm thành và không bị dây giữ. Hai lớp đủ dày, đứng yên và có khối lượng riêng đã biết. Nếu có phần vật nhô vào không khí hoặc có bọt bám, cần xác định lại thể tích, lực và giả thiết; không dùng nguyên phép tính này.
Đọc hình
Vật 100 cm³ có hai nửa 50 cm³ trong dầu và nước; khối lượng tương đương 40 g cộng 50 g cho 90 g, suy ra khối lượng riêng vật 0,9 g/cm³. Hình chỉ minh họa mô hình, không phải ảnh đo thực nghiệm.