Đã bao giờ bạn thả một vật gì đó xuống hồ bơi và nhận thấy nó chìm xuống một cách từ từ, khác hẳn khi rơi trong không khí? Hiện tượng này không phải là phép màu, mà là một màn đối đầu hấp dẫn của các định luật vật lý.
Lực cản của môi trường tác động lên vật thể
Yếu tố chính khiến vật rơi chậm trong nước chính là lực cản của môi trường. Mặc dù không khí cũng có lực cản, nhưng lực cản của nước mạnh hơn rất nhiều.
- Mật độ phân tử: Hãy tưởng tượng bạn đang cố gắng chạy. Chạy trên một con đường thoáng đãng (không khí) sẽ dễ hơn nhiều so với việc cố gắng chạy trong một hồ bơi đầy nước. Nước có mật độ phân tử dày đặc hơn không khí khoảng 800 lần, nghĩa là vật thể phải "chen lấn", xô đẩy nhiều phân tử nước hơn để di chuyển, từ đó tạo ra lực cản lớn hơn.
- Độ nhớt: Nước có độ nhớt cao hơn không khí. Độ nhớt giống như "độ dính" của chất lỏng, tạo ra ma sát và cản trở chuyển động của vật thể xuyên qua nó.
>>> Cùng tìm hiểu: Đèn dung nham hoạt động như thế nào và vì sao sáp lại nổi và chìm?
Vai trò của lực đẩy Ác-si-mét trong việc làm giảm tốc độ
Bên cạnh lực cản, còn có một "người hùng thầm lặng" khác giúp vật thể rơi chậm hơn, đó chính là lực đẩy Ác-si-mét. Đây là một lực luôn hướng thẳng đứng từ dưới lên trên.
Bất kỳ vật nào nhúng trong chất lỏng đều bị chất lỏng đó đẩy lên một lực có độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ.
Lực này hoạt động như thể có một ai đó đang đỡ vật từ bên dưới, làm cho trọng lượng biểu kiến (cảm giác về độ nặng) của vật giảm đi. Trọng lực kéo vật xuống, trong khi lực đẩy Ác-si-mét đẩy vật lên, làm giảm lực tổng hợp tác dụng lên vật và khiến nó rơi chậm lại. Đây là lý do vì sao vật thể rơi chậm trong nước một cách rõ rệt.
>>> Xem bài viết này: Vì sao chai nước có ga lại bắn ra tung tóe khi được lắc và mở nắp?
Ảnh hưởng của hình dạng đến lực cản
Không phải tất cả các vật thể đều rơi với tốc độ như nhau trong nước, hình dạng của chúng đóng một vai trò cực kỳ quan trọng, liên quan trực tiếp đến khí động học (hay thủy động học trong trường hợp này).
Hình dạng | Đặc điểm | Lực cản | Tốc độ rơi |
Vật dẹt (Tờ giấy, chiếc lá) | Bề mặt tiếp xúc với nước lớn. | Rất lớn | Rất chậm |
Vật nhọn (Mũi tên, viên đạn) | Thiết kế thuôn dài, giảm diện tích cản. | Rất nhỏ | Nhanh |
Hãy tưởng tượng một tờ giấy phẳng và một viên bi có cùng khối lượng. Khi thả vào nước, tờ giấy sẽ chao đảo và rơi rất chậm vì bề mặt lớn của nó phải "đẩy" một lượng nước khổng lồ. Ngược lại, viên bi sẽ chìm nhanh hơn nhiều.
Đây là nguyên tắc được áp dụng để thiết kế tàu ngầm, cá heo, giúp chúng di chuyển dễ dàng trong nước.
Giờ bạn đã hiểu rõ những lực lượng vô hình đang tác động lên một vật khi nó chìm trong nước. Đây không chỉ là kiến thức vật lý khô khan mà còn là những quan sát thú vị trong cuộc sống. Lần tới khi đi bơi, hãy thử làm một thí nghiệm nước nhỏ bằng cách thả các vật có hình dạng khác nhau và quan sát nhé!
>>> Cùng tìm hiểu: Bộ lọc nước tự chế hoạt động như thế nào để làm sạch một dòng nước bẩn?
