Trọng lượng biểu kiến là gì?
Khi một vật chìm trong chất lỏng, chất lỏng tác dụng lên nó một lực đẩy hướng lên trên — đó chính là lực đẩy Ác-si-mét. Vì vậy, vật cảm thấy "nhẹ" hơn so với trọng lượng thật của nó ngoài không khí. Phần trọng lượng giảm đi này — tức số mà một chiếc cân sẽ hiển thị nếu vật được treo lơ lửng trong chất lỏng — được gọi là trọng lượng biểu kiến hay trọng lượng khi ngâm. Đây là công cụ vật lý mang tính phổ quát, hoạt động với mọi bộ dữ liệu đầu vào thống nhất theo hệ SI.
Cách sử dụng máy tính
Bạn hãy nhập khối lượng của vật (kg), thể tích của vật (m³), khối lượng riêng của chất lỏng bao quanh (kg/m³) và gia tốc trọng trường tại nơi đó (9,81 m/s² trên Trái Đất). Máy tính sẽ trả về trọng lượng biểu kiến tính bằng newton, kèm theo trọng lượng thật, lực đẩy nổi và khối lượng biểu kiến tương đương mà cân sẽ hiển thị.
Giải thích công thức
Công thức chủ đạo là
$$W_{\text{biểu kiến}} = \text{Mass} \cdot \text{g} - \text{Fluid }\rho \cdot \text{Volume} \cdot \text{g}$$Số hạng đầu tiên, \(m \cdot g\), là trọng lượng thật (trọng lực tác dụng lên khối lượng). Số hạng thứ hai, \(\rho \cdot V \cdot g\), là lực đẩy Ác-si-mét — nó bằng trọng lượng của lượng chất lỏng bị vật chiếm chỗ, trong đó \(\rho\) là khối lượng riêng của chất lỏng và \(V\) là thể tích phần vật chìm (bị ngập). Lấy trọng lượng thật trừ đi lực đẩy nổi ta được hợp lực hướng xuống, chính là trọng lượng biểu kiến.
Ví dụ minh họa
Một vật rắn có khối lượng 10 kg và thể tích 0,005 m³ được nhúng hoàn toàn trong nước (\(\rho = 1000 \text{ kg/m}^3\)), với \(g = 9{,}81 \text{ m/s}^2\). Trọng lượng thật =
$$10 \times 9{,}81 = 98{,}1 \text{ N}$$Lực đẩy nổi =
$$1000 \times 0{,}005 \times 9{,}81 = 49{,}05 \text{ N}$$Trọng lượng biểu kiến =
$$98{,}1 - 49{,}05 = \mathbf{49{,}05 \text{ N}}$$tương đương khoảng 5 kg trên cân.
Câu hỏi thường gặp
Trọng lượng biểu kiến có thể âm không? Có. Nếu lực đẩy nổi lớn hơn trọng lượng thật, giá trị sẽ âm, nghĩa là vật nổi lên và cần được giữ lại để giữ chìm.
Nên dùng thể tích nào? Hãy dùng thể tích phần vật bị chìm. Với một vật rắn ngập hoàn toàn, đó chính là toàn bộ thể tích của vật.
Công thức này có áp dụng cho mọi chất lỏng không? Có. Bạn chỉ cần dùng đúng khối lượng riêng của chất lỏng (ví dụ ~1000 kg/m³ cho nước, ~1,2 kg/m³ cho không khí, ~13534 kg/m³ cho thủy ngân).
