Một vòng nhôm mỏng khối lượng 5,7 g được treo vào một lực kế lò xo

Bài tập cuối chương 7

Bài VII.7 trang 95 Sách bài tập Vật Lí 10: Một vòng nhôm mỏng khối lượng 5,7 g được treo vào một lực kế lò xo và mặt đáy của vòng nhôm đặt tiếp xúc với mặt nước đựng trong cốc thủy tinh. Đường kính ngoài của vòng nhôm bằng 40 mm. Cho biết hệ số căng bề mặt của nước là 72.10^-3 N/m. Bỏ qua độ dày của vòng nhôm. Lấy g = 9,8 m/s^-2. Xác định lực kéo vòng nhôm để có thể bứt nó lên khỏi mặt nước.

Lời giải:

Muốn kéo vòng nhôm bứt khỏi mặt thoáng của nước thì cần tác dụng lên nó lực F hướng thẳng đứng lên trên và có cường độ nhỏ nhất bằng tổng trọng lực P của vòng nhôm và lực căng bề mặt F_c của nước :

F = P + F_c

Vì mặt nước tiếp xúc với cả mặt trong và mặt ngoài của vòng nhôm nên lực căng bề mặt F_c có độ lớn bằng :

F_c = σ(πD + πd) ≈ σ2πD

với D là đường kính ngoài và d là đường kính trong của vòng nhôm mỏng. Bỏ qua độ dày của vòng nhôm và coi gần đúng :

d ≈ D hay D + d ≈ 2D.

Từ đó suy ra: F≈ P + π2πD.

Thay số, ta tìm được :

F = 5,7.10^-3.9,8 + 72.10^-3.2.3,14.40.10^-3 ≈ 74.10^-3 N.